臺灣博碩士論文加值系統

人類步行姿態量測系統已有許多研究成果，但其準確度、性能表現如何，是一個很有趣的研究課題，本研究為仿人形機器人設計實現一可攜式行走姿態量測系統經由仿人形機器人平台可以掌握其行走時每一關節真實的旋轉角度軌跡。因此本研究可以分析行走姿態量測系統的性能表現，並進而整理其性能規格。首先仿人形機器人會先規劃出行走軌跡，配置無線慣性感測器於機器人下肢各關節上，然後經由步行實驗抓取行走過程中的運動資訊，並透過剛體運動學、逆向運動學求得下半身肢體相關關節的位移與角度變化。得知機器人經由運動學得到關節相關夾角並與機器人馬達回傳角度比較誤差，並可觀察機器人行走過程的角度與馬達實際回傳角度的差別，進而分析行走姿態量測系統的性能表現。研究實驗包括將仿人形機器人輕微懸空行走，以觀察在減輕行走衝擊力對姿態量測系統的影響。

Posture measurement systems of human walking are the hot research topics, but its accurate and performance remain open. In this thesis, a portable posture measurement system of humanoid robots is designed and implemented to capture the actual angles of all joint easily for calibration. This research focuses on the performance of posture measurement systems to figure out its specification.
Firstly, the trajectories of walking gaits are planned to control the humanoid. In this situation, the portable posture measurement system is installed on both legs of the humanoid robot to capture walking information. Based on rigid body kinematics and inverse kinematics, the walking information treats the joint angle trajectories of both legs. Then the angle trajectories are compared with the actual angle trajectories read back from joint motor to identify the performance of the posture measurement system. In addition, the influence of reducing impact effect is also included.

中文摘要
ABSTRACT
致謝
圖次
1 緒論
1.1 研究動機與目的
1.2 章節架構
2 問題分析
3 行走姿態量測系統
3.1 剛體運動學
3.2 逆向運動學
4 機器人運動學
4.1 仿人形機器人之模型假設與定義
4.2 仿人形機器人步態規劃
4.2.1 步態參數定義
4.2.2 擺線輪廓曲線軌跡
4.2.3 梯形軌跡
4.3 仿人形機器人運動學方程式
4.3.1 順向運動學(Direct Kinematics)
4.3.2 逆向運動學(Inverse Kinematics)
5 仿人形機器人實驗平台與慣性感測器模組
5.1 實驗平台硬體架構
5.1.1 仿人形機器人
5.1.2 AVR微控制器
5.2 慣性感測器實驗模組設計
5.3 仿人形機器人與慣性感測器軟體架構
5.3.1 晶片韌體部份
5.3.2 電腦介面部份
6 實驗結果與討論
6.1 仿人形機器人步行實驗
6.2 仿人形機器人運動資訊分析
6.3 步態軌跡建立與關節角度比較
7 結論與未來展望
參考文獻

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