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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳冠任
研究生(外文):Kuan-Jen Chen
論文名稱:十二軸雙足機器人低階伺服控制系統設計與製作—使用控制器區域網路(CAN)
論文名稱(外文):CAN Bus-based Low-Level Servo Control Design and Implementation for a Twelve-axis Biped Walking Robot
指導教授:林麗章
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:機械工程學系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:雙足機器人模糊PID控制控制器區域網路
外文關鍵詞:biped robotfuzzy PID controlCAN Bus
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本論文實際設計製作一雙足機器人十二關節軸的低階伺服控制系統。該系統是藉由三十二位元嵌入式微控制器(ARM9)作為主控制器及四個十六位元微控制器(dsPIC30F4012)作為副控制器搭配組合而成,且控制器與控制器之間是利用控制器區域網路(CAN)作為資料傳輸的界面。主控制器(ARM9)主要是負責傳送十二軸即時的期望軌跡給副控制器;副控制器(dsPIC30F4012)則是負責實現各關節軸的低階伺服控制。
在低階伺服控制部份,首先建立傳統數位PID控制律,再結合模糊系統,進行Kp、Ki、Td線上調整,形成可調式的模糊PID控制器,並結合使用摩擦力補償,以及嘗試使用命令領先修正的方式,降低皮帶鬆弛的影響,使各關節軸能具有較複雜的軌跡追踪能力。
本研究中利用類比位置感測器(電位計)取得各關節軸角度回授訊號,由於雜訊過多,所以再設計五階Butterworth類比低通抗混疊濾波器以及二十階的數位低通濾波器,藉以濾除高頻雜訊增加回授訊號的準確性,提昇低階伺服控制的效果。
In this thesis, we design and construct a low-level servo control system for a biped walking robot. This system consists of a 32-bit master microcontroller (ARM9) and four 16-bit slave microcontrollers (dsPIC30F4012). Furthermore, we also construct a CAN-based(Controller Area Network-based) microcontroller network, composed of the master and slave microcontrollers. The main controller (ARM9) is responsible for the real-time transmission of the 12 joint-command trajectories to the 4 slave controllers, and the slave controllers (dsPIC30F4012) are responsible for the servo control of the joint actuators (DC motors) and for the sensor feedback signals transmission back to the master controller.
In the low-level servo control of each joint axis, we use fuzzy PID controller. The PID parameters Kp, Ki, Td are tuned online by their fuzzy systems. Friction compensation is integrated in the fuzzy PID controller for improving the control performance. In order to compensate for the effects of elastic deformation of the timing belts, a simple command-shift method is used to reduce the tracking errors.
Since the feedback signals from the analog position sensors may contain serious noises, in each servo system, we design a fifth-order Butterworth analog low-pass anti-aliasing filter and a 20th-order digital low-pass filter for the filtering of possible high-frequency noises to improve the quality of the feedback signal and thus the control performance.
摘要…………………………………………………………………………i
Abstract……………………………………………ii
誌謝…………………………………………………………………………iii
目錄…………………………………………………………………………iv
圖目錄………………………………………………………………………vii
表目錄………………………………………………………………………xi
符號說明……………………………………………………………………xii

第一章 緒論………………………………………………………………1
1.1 研究動機………………………………………………………………1
1.2 文獻回顧………………………………………………………………2
1.3 論文大綱………………………………………………………………4
第二章 嵌入式雙足步行機器人硬體架構………………………………5
2.1 雙足步行機器人硬體…………………………………………………5
2.2 微控制器的選用………………………………………………………9
第三章 關節軸之模糊PID控制架構………………………………………15
3.1 模糊PID控制器的設計………………………………………………15
3.2 摩擦力補償……………………………………………………………22
第四章 控制器區域網路通訊協定………………………………………24
4.1 控制器區域網路………………………………………………………24
4.2 MCP2510 CAN控制器…………………………………………………25
4.3 控制器區域網路的優點………………………………………………27
4.4 控制器區域網路的信息格式…………………………………………28
4.5 控制器區域網路傳送與接收流程……………………………………30
4.5.1 傳送流程……………………………………………………………31
4.5.2 接收流程……………………………………………………………32
4.6 控制器區域網路的錯誤檢測…………………………………………33
4.7 控制器區域網路的同步與時序分析…………………………………36
4.8 雙足步行機器人之控制器區域網路傳送和接收架構………………38
第五章 雙足步行機器人十二關節軸之低階伺服控制系統實作………42
5.1 低階伺服控制系統……………………………………………………42
5.2 直流馬達驅動器實現…………………………………………………43
5.3 抗混疊(anti-aliasing)濾波器實現……………………………46
5.4 超取樣(oversampling)、抽樣(decimation)濾波器原理及實現…55
5.5 CAN Bus電路實現……………………………………………………59
5.6 控制系統整合實現及測試…………………………………………60
5.7 實驗結果與討論………………………………………………………68
第六章 結論與建議………………………………………………………89
參考文獻……………………………………………………………………92
作者簡歷……………………………………………………………………95
[1] 高琦凱, “雙足機器人的設計製作與步態規劃及嵌入式單軸伺服控制器實作,” 國立中興大學機械工程研究所, 碩士論文, 2007.
[2] K. Hirai, M. Hirose, Y. Haikawa, and T. Takenaka, “The Development of Honda Humanoid Robot,” in Proc. IEEE Int. Conf. Robotics and Automation, pp. 1321–1326, 1998.
[3] Samsung, S3C2440A Data Sheet, 2004.
[4] Microchip, dsPIC30F4011/4012 Data Sheet, 2005.
[5] L. X. Wang, A Course in Fuzzy Systems and Control, Prentice Hall, 2005.
[6] B. Wittenmark, “Computer Control: An Overview,” Technical Report, Department of Automatic Control, Lund Institute of Techology, Sweeden, 2004.
[7] J. Xu and X. Fen, “Design of Adaptive Fuzzy PID Tuner Using Optimization Method,” Proc. 5th World Congress on Intelligent Control and Automation, pp. 2454–2458, China, 2004.
[8] F. H. Ali and M. M. F. Algreer, “Fuzzy PID Control for Positioning Plants with Uncertain Parameters Variation,” Information and Communication Technologies ICTTA’06, Vol. 1, pp. 1428–1433, 2006.
[9] J. Xu, X. Fen, B. Mirafzal, and N. A. Demerdash, “Application of Optimal Fuzzy PID Control for Nonlinear Induction Motors,” Proc. 6th World Congress on Intelligent Control and Automation, pp. 3953–3957, 2006.
[10] B. K. Nguyen and K. K. Ahn, “Position Control of Shape Memory Alloy Actuators by Using Self Tuning Fuzzy PID Controller,” Int. J. of Control, Automation, and Systems, Vol. 4, No. 6, pp. 756-762, 2006.
[11] Microchip, MCP2510 Data Sheet, 2002.
[12] ZMP Inc., “e-nuvo,” http://www.zmp.co.jp/e-nuvo/jp/
[13] K. J. Åström and B. Wittenmark, Adaptive Control, 2nd Ed, Addison-Wesley, Reading, MA, 1995.
[14] J. Jantzen, “Design of Fuzzy Controllers,” Technical Report, Department of Automatic Control, Lund Institute of Techology, Sweden, 2004.
[15] G. Ellis, Control Systems Design Guide, 2nd Ed., Academic Press, 2006.
[16] H. W. Huang, PIC Microcontroller: An Introduction to Software and Hardware Interfacing, Thomson, Canada, 2005.
[17] 長高科技, ARM9 S3C2440嵌入式系統實作-ADS應用實驗篇, 長高科技圖書, 2005.
[18] R. J. Schilling and S. L. Harris, Fundamentals of Digital Signal Processing Using Matlab, Thomson, 2005.
[19] 李浩誠, “三軸奈米平台之離散時間適應控制及嵌入式ARM微控制器實現,” 國立中興大學機械工程研究所, 碩士論文, 2004.
[20] Allegro, A3953 Data Sheet, 2000.
[21] 王見名和鄒應嶼, “印刷電路板佈局指導原則,” 國立交通大學電機與控制工程研究所, 技術報告.
[22] J. Cartinhour, Digital Signal Processing:An Overview of Basic Principles, Prentice Hall, 2000.
[23] Philips, PCA82C250 Data Sheet, 2000.
[24] 楊欣平, “十二自由度雙足步行機器人之解析動力學模式與控制設計,” 國立中興大學機械工程研究所, 碩士論文, 2007.
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