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研究生:劉天舜
研究生(外文):Tien-shun Liu
論文名稱:雙足機器人之避障實務設計
論文名稱(外文):The Biped Robot Evades Baffles Design
指導教授:吳穎強
指導教授(外文):Ying-qiang Wu
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:資訊電機工程碩士在職專班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:雙足機器人避障系統超音波感測器電子羅盤
外文關鍵詞:Digital CompassUltrasonic SensorElusive systembiped robot
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本論文主要的目的是在發展一套配備超音波感測器與電子羅盤的雙足機器人,並設計控制系統,使其能獨立運作,具備避開障礙物的能力。雙足機器人是選用KONDO KHR-1套件,17個關節、高35.3cm寬18.9cm。在其四週安裝超音波感測器,並在頭頂位置安裝一具電子羅盤。控制系統使用華邦電子生產的W77E516單晶片,使用Keil C撰寫控制程式。
雙足機器人步行方式是採用靜態步行模式。避障系統的動作原理是:由電子羅盤檢知目前行進的方向,同時利用超音波感測器來偵測前進方向是否有障礙物?當遇到阻礙的時候,避障系統會記憶目前行進的方向,然後引導機器人繞過障礙物,接著再藉由電子羅盤的指引,將機器人帶回到原來行進的方向。實驗結果顯示:雙足機器人確實可以在未知的環境中,偵測到障礙物,並藉由電子羅盤引導避開障礙物,再回到正確的方向,最後到達終點。
This thesis emphasizes on the development of a biped robot equipped with ultrasonic sensors and a digital compass. This biped robot set can operate independently, through a controlling system, and is able to keep itself away from any obstacles. Composed of the selected KONDO KHR-1 set, this biped robot, with 17 joints, is 35.3cm tall and 18.9cm wide. Ultrasonic sensors are installed all around this biped robot, with a digital compass installed on its head. The controlling system, with the control program written under Keil C, uses single chip W77E516 produced by Winbond Electronic Corporation.
The walking mode of this biped robot is motionless walking mode. The principle of this obstacle-avoiding system is as follows: The digital compass inspects and informs the present marching direction, while the ultrasonic sensors detect any obstacles ahead this marching direction. When any obstacle is detected, this obstacle-avoiding system will memorize the present marching direction and will lead the robot to circle the obstacles, and then back to the original marching direction, guided through the digital compass. Experiments show that the biped robot can certainly detect obstacles in unknown environments and can circle around obstacles and then back to the correct direction, finally complete its job through the guidance of the digital compass.
中文摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第1章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 論文架構 5
第2章 系統架構 6
2.1 評估設計方向 6
2.2 雙足機器人套件介紹 8
2.3 電子羅盤介紹 10
2.4 超音波感測器介紹 11
2.5 單晶片W77E516介紹 13
2.6 電源系統 15
第3章 雙足機器人步行分析 17
3.1 靜態步行模式 18
3.2 動態步行模式 19
3.3 本研究所採用的步行控制方式 20
第4章 機器人控制系統設計 22
4.1 KHR-1 機器人徹底研究 22
4.1.1 伺服電動機研究 22
4.1.2 RCB-1控制板研究 26
4.1.3 RCB-1資料結構研究 32
4.1.4 通信協定研究 35
4.1.5 機器人運動編輯軟體Heart2heard介紹 39
4.2 微電腦整合控制板研究 43
4.3 感測器介面設計介紹 45
4.3.1 超音波感測器介面 45
4.3.2 電子羅盤介面 47
4.3.3 串列通訊介面 54
4.3.4 電源穩壓系統 57
4.4 控制板及感應器安裝組合 58
4.5 控制系統運作說明 59
4.6 軟體系統開發工具介紹 61
4.6.1 軟體編譯器說明 61
4.7 避障系統介紹 65
第5章 實驗結果 66
5.1.1 雙足機器人運動測試 66
5.1.2 KHR-1機器人直立測試 67
5.1.3 KHR-1機器人步行測試 68
5.2 避障系統測試 69
第6章 結論與未來展望 74
參考文獻 76
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