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研究生:蘇冠樺
研究生(外文):Kuan-Hua Su
論文名稱:自走式機器人影像倒車入庫系統之研製
論文名稱(外文):The Design of Vision-Based Backing-Up Control System of an Autonomous Mobile Robot
指導教授:劉昭恕
指導教授(外文):Chao-Shu Liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:機械與精密工程研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:115
中文關鍵詞:影像辨識自走式機器人串列埠步進馬達倒車入庫
外文關鍵詞:Image recognitionAutonomous MobileSerial PortStepper MotorsBacking-up control
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本論文利用CCD(Charge Coupled Device)視訊藉由USB(Universal Serial Bus)介面傳送方式來顯示圖片,再利用此圖片辨識座標及車子擺動角度,傳送命令值至單晶片,讓驅動馬達以及轉向馬達能讓自走式機器人可以動作,藉由C#處理目標座標及角度做比對與校正,加入控制方法使得自走式機器人能有效地倒車入庫,至今倒車入庫都是藉由影像擷取卡來擷取影像,在感測方面使用超音波、紅外線及埋感應線的方式來達到倒車入庫控制。
在模擬方面,使用MATLAB / SIMULINK軟體針對以P控制器及模糊P控制器為控制策略來進行自走式機器人運動情形分析。在影像處理方面,利用C#建立出人機操作介面並配合RS232之串列傳輸標準來傳送控制指令,使用影像CCD來回傳自走式機器人的座標及角度的資料。而在硬體方面,硬體包含串列埠單元、電源轉換單元、LCD顯示單元、步進馬達驅動單元(驅動及轉向)。在轉向部份,阿克曼(Ackerman)轉向原理目前廣泛應用於汽車之轉向系統上,不過此系統製作過程需要龐大的成本,本研究採用一個〝T〞型的概念,來達到轉向的效果。
本研究將建置一套自動倒車入庫系統利用影像CCD的方式來達到回饋控制,並使自走機器人盡可能在更符合實際需求的條件下運作,以減少產品的開發成本,也便於未來更深入的研究。
In this thesis, we use the CCD (Charge Coupled Device) to capture images by USB(Universal Serial Bus) interface and use them to identify the coordinates and the car swing angle , send the command to the microcontroller to activate the autonomous mobile robot . The processing and correction of target coordinates and angles were done in C# -language programs with our control strategy so that autonomous mobile robot can effectively back up . So far , common backing-up is to capture images by video capture card .In terms of sensor ,using infrared、ultrasound、buried sensor to achieve the backing-up control.
In the simulation, the motion analyzing of the autonomous mobile robot motion based on P and Fuzzy P controller was done by MATLAB / SIMULINK software . In the image processing , we use C # to create a man-machine interface with the RS232 protocol to send control commands , utilizing CCD to capture and returned autonomous mobile robot coordinates and direction angle . In terms of hardware , the hardware includes a serial port unit , the power conversion unit , LCD display unit , stepper motor drive unit (drive and steering) . In the steering part , the Ackerman steering principle for the current car used in the steering system , but this production manufacture requires a huge cost, so the concept of a "T" type , to achieve a steering effect .
In this thesis we have built an automatic backing-up system with feedback control achieved by the CCD camera . The proposed method can achieve the cost-down of product development , more practical applications , and the convenience for exhaustive research.
審定書
摘要
ABSTRACT
誌謝
目錄
表目錄
圖目錄
第一章 緒論
1.1 文獻回顧
1.2 研究動機與目的
第二章 自走式機器人之倒車系統問題描述
2.1 倒車入庫系統之動態方程式
2.2 倒車入庫之控制
2.3 系統規格
第三章 自走式機器人之機構與電控設計
3.1 機構設計介紹
3.1.1 驅動部位介紹
3.1.2 轉向部位介紹
3.1.3 電控及電瓶承載放置部位介紹
3.2 電控系統介紹
3.2.1 中央控制介紹
3.2.2 電源轉換介紹
3.2.3 馬達規格與驅動電路介紹
3.2.4 液晶顯示規格與介紹
3.2.5 串列埠無線傳輸介紹
第四章 自走式機器人之人機介面與影像辨識介紹
4.1 人機介面及感測元件
4.2 影像辨識架構
4.2.1 圖形資料結構
4.2.2 二值化
4.3 中心座標及擺動角度計算
4.3.1 中心座標
4.3.2 擺動角度
第五章 自走式機器人之控制器設計與模擬
5.1 控制器設計
5.1.1 P控制器
5.1.2 模糊邏輯控制器
5.2 模擬參數設定
5.3 模擬結果與結論
5.3.1 P控制器模擬結果
5.3.2 模糊P控制器模擬結果
5.3.3 P控制器與模糊P控制器模擬結果比較
5.3.4 結論
第六章 自走式機器人倒車入庫實驗
6.1 自走式機器人影像倒車入庫系統之成品
6.2 自走式機器人影像倒車入庫之設定
6.3 實驗結果
第七章 結論與未來發展
7.1 結論
7.2 未來發展
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