臺灣博碩士論文加值系統

本論文發展具自動校正功能之競速自走車，是一個具備(1)自動校正光感測器
特性差異，以及(2)循跡功能的競速輪型機器人。為了提升循跡的精確性與反應
速度，本論文利用光感測器的類比輸出值與內插法，精確計算競速自走車光感測
器與軌跡的相對位置，並且透過曲率估測演算法計算軌跡在彎道時的曲率變化。
本論文也設計並製作一個軌跡估測驗證平台，用於驗證與比較不同軌跡估測法則
的精確程度。本論文最後整合上敘述各項功能，並設計一台競速類型可以參加國
內與國際競賽的競速自走車，取得優異的競賽成績。

A line following robot with automatic calibration and speed profile
planning capacities is presented in this thesis. To boost the tracking
performance in following the line, interpolation techniques to estimate the error
between the center of the robot and the line with analog output values of
optical sensors, and curvature detection algorithms are also proposed. The
effectiveness of the interpolation techniques are then verified with a carefully
devised test platform. The line following robot developed in this thesis not
only won championships in local contests, but also obtained good achievements
in international contests.

摘　要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 論文之貢獻 3
第二章 競速自走車軟硬體與機構設計 4
2.1 系統架構圖 4
2.2 微控制器 5
2.3 光感測器電路 7
2.4 馬達驅動 8
2.4.1 馬達控制PWM模組 8
2.4.2 馬達驅動電路 10
2.5 編碼器電路設計與回授訊號編碼器 11
2.5.1 編碼器電路設計 11
2.5.2 回授訊號編碼器 14
2.6 陀螺儀 15
2.6.1 陀螺儀簡介 15
2.6.2 角速度換算 16
2.6.3 陀螺儀角速度量測範圍 17
2.7 使用者人機介面 18
2.8 開發環境與除錯工具 19
2.8.1 MPLAB IDE 19
2.8.2 ICD3 20
2.9 機構設計 20
2.9.1 減速比設計 20
2.9.2 減速機構 22
第三章 光感測器特性校正 23
3.1 光感測器特性 23
3.1.1 光感測器介紹 23
3.1.2 線性內插校正法 24
3.1.3 脈波調光校正法 29
第四章 軌跡位置估測與軌跡實驗平台軟硬體設計 33
4.1 軌跡位置估測 33
4.1.1 一次內插估測法 33
4.1.2 二次曲線內插估測法 34
4.1.3 權重估測法 35
4.1.4 一次內插估測法分析 36
4.1.5 二次曲線內插估測法 38
4.1.6 權重估測法 39
4.1.7 軌跡估測法優劣比較結論 41
4.2 軌跡驗證平台硬體設計 42
4.3 軌跡驗證平台系統架構 43
4.4 軌跡驗證平台串列周邊傳輸介面 44
4.5 軌跡驗證平台人機介面 46
4.6 估測法優劣比較 47
第五章 運動控制與校正 48
5.1 直流馬達控制器 48
5.1.1 PID控制器 48
5.1.2 直流伺服馬達速度控制 48
5.1.3 直流伺服馬達位置控制 49
第六章 速度命令規劃與衝刺 54
6.1 曲率估測 54
6.1.1 曲率估測概念 54
6.1.2 曲率估測實測 55
6.1.3 曲率估測結論 64
6.2 速度命令規劃 65
6.3 直線衝刺 66
第七章 結論與未來研究目標 69
7.1 結論 69
7.2 未來研究目標 70
參考文獻 71

[1]旗立資訊,RoCar的Robots的介紹，取自100年4月12日:
http://www.fisp.com.tw/blog/robots/.
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[12]Microchip Inc.,”dsPIC6010A/6015: 16bit microcontroller,” datasheet of
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