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研究生:林昭全
研究生(外文):Chao-chuan Lin
論文名稱:應用視覺搖桿透過網際網路控制遠端服務型機器人之研究
論文名稱(外文):A STUDY ON THE VISION BASED INTERNET CONTROLLED SERVICE ROBOT
指導教授:何明果何明果引用關係
指導教授(外文):Ming-guo Her
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
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:96
中文關鍵詞:機器人影像搖桿
外文關鍵詞:VISION BASEDROBOT
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科技始於人性。本研究以此為宗旨,首次結合影像視覺搖桿以第一人稱發展成遠端搖控之服務性機器人。突破以往遠端監控自主型機器人,因應現代數位住宅即將跨入智慧型住家管理領域。它主要分為兩個部分:電腦視覺於人機介面應用、輪型機器人。本文主要探討電腦視覺於人機介面應用方面,主要是透過網路攝影機接收控制端操作者肢體上的標籤影像,以影像視覺技術擷取判斷使用者的動作與機器人系統整合。將用戶的真實肢體語言情境表達於遠端遙控智慧型機器人所呈現。使機器人系統化身為在遠端的使用者附身,附與機器人生命,且具有方便控制及真實人性化等優點。
本文的視覺搖桿技術為利用網路攝影機擷取使用者的顏色標籤,此顏色標籤分別貼在要擷取來判斷的肢體上。當肢體擺動時(如頭部轉動、手腕運動、腳掌前端等),色塊標籤也隨之移動。應用不同的標籤色塊的顏色特徵向量,透過網路攝影機搜尋符合此特徵向量的像素與計算機器人馬達轉動量再透過網路傳輸達成遠端控制。而遠端機器人將透過網路完全模擬遠端使用者的動作,使之成為一以影像搖桿控制之網路服務型機器人。
This research takes the concept “Technology comes from humanity” as tenet to combine vision joystick under first-person view to build a remote controlled service robot. The consist of this robot can be divide into two part which is :
a. Computer vision apply on human-machine interface.
b. Carlike robot.
This research focuses on the part of computer vision applies on human-machine interface. The interface receives the image of the manipulator with marker from a webcam. In order to integrate the motion of the manipulator and robot system, we apply image processing methods to determine the motion of the manipulator from the image data which grab from the images. The advantage of our system is that it’s easy and convenient to operate. The system makes the remote robot moves with the motion which exactly the same with the manipulator as a clone of the manipulator.
The technique of vision joystick of this research is that use webcam to define the position of the color makers. The color makers were stuck on the manipulator’s body. Wheneve the body moves (ex : swing head, wave hand and move feet), the color markers move, too. For the aim of remote control, we let the webcam search the color feature vector which fits the desire feature vector and determine the rotate quantity of the robot motors. Next, send control signal through internet to achieve remote control robot. The remote robot will completely copy the motion of the manipulator as a vision joystick controlled internet based service robot.
致 謝 i
Abstract ii
摘要 iv
圖目錄 viii
第一章 導論 1
1.1研究動機 1
1.2研究系統概述 3
1.3 研究目的 6
1.4研究論文架構 6
第二章 7
影像追蹤系統之架構 7
2.1機器視覺簡介 7
2.1.1機器視覺系統的組成 8
2.1.2數字圖像 8
2.2 色彩空間 8
2.2.1 R.G.B. 彩色系統 9
2.3 影像追蹤系統 10
2.4影像追蹤法流程演算法 14
2.4.1影像追蹤法流程 14
2.5演算法介紹 15
2.5.1影像濾波 15
2.5.2目標色塊特徵向量求取 17
2.5.3低通濾波 19
2.6 影像二值化形態學 20
2.6.1膨脹運算(dilation) 20
2.6.2腐蝕運算(erosion) 22
2.7 灰度系統的形態學 23
2.8彩色系統的形態學 24
2.9形心法 27
2.10逆運動學(解析法) 27
第三章 網路遠端遙控機器人介面設計 29
3.1簡介 29
3.2通訊傳輸系統 31
3.2.1 RS-232串列通訊 31
3.2.2 VB與RS-232程式設計 32
3.3遠端通訊 33
3.3.1 Microsoft Winsock Control 控制元件 34
3.4人機介面系統平台設計 37
3.5 八軸伺服控制卡(8 axis servo controller) 42
3.6 硬體規格 43
3.7 電子羅盤 53
3.8 軟體介紹 55
第四章 56
系統實驗與分析 56
4.1 簡介 56
4.2 區域網路傳輸時的延遲效應 56
4.3 測試影像追蹤之性能之電腦螢幕色塊追蹤 61
4.4輪型機器人穩定性測驗 63
4.5系統分析 71
第五章 結論與討論 79
5.1結論 79
5.2未來展望 81
參考文獻 83
附錄1 85
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