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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖先鴻
研究生(外文):Shian-Hung Liao
論文名稱:履帶式移動機器人之質量中心加速度分析與軌跡規劃
論文名稱(外文):Acceleration Analysis and Trajectory Planning for the Center of Mass of a Tracked Mobile Robot
指導教授:葉賜旭
口試委員:林顯易黃甦
口試日期:2012-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
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:95
中文關鍵詞:履帶式機器人質量中心加速度分析軌跡規劃
外文關鍵詞:Tracked Mobile RobotCenter of MassAcceleration AnalysisTrajectory Planning
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早期的傳統手工工業到現在的全自動化工業,科技的進步,造就了機器人輔助工業時代,機器人可以幫助我們搬運重物或是運送物件、零件,而如何有效的控制機器人在移動時,不會因為是輪子或履帶打滑而失去原本該走的路徑,這對一個履帶式移動機器人來說是重要議題。而本研究主要是探討一個履帶式移動機器人的加速度分析與控制,先是推導出履帶直線速度與轉速的關係,之後再推導出移動式機器人的位置與速度以及加速度的關係,利用逆向運動學推導出左邊履帶和右邊履帶與履帶式移動機器人的速度與偏航角的關係,之後推導出履帶移動機器人的加速度限制條件,並分析出直線與轉彎時的加速度限制條件,並且運用Matlab軟體來做模擬測詴,用VisSim軟體來實際測詴與觀察履帶式移動機器人是否會遵守加速度限制條件與運動特性,最後實際測詴運用在履帶式移動機器人上的結果是移動平台可以依照著運動特性與加速度限制去跑規劃好的路徑,因此證明運動特性分析與加速度限制條件的控制方法是可行的。

From the conventional handmade manufacturing industry of yesteryear to the present-day automatic manufacturing industry, the progress in engineering technologies has finally led to an industrial era in which mobile robots assist humans in working environments. Mobile robots can assist humans in moving and transferring heavy objects; however, preventing wheel slippage and off-course travel is an import issue in the control of wheeled or tracked mobile robots. Therefore, this study focuses on the development of acceleration analysis and trajectory planning algorithms for motion control of tracked mobile robots. This study first derives the relation between the rotating speed and linear speed of driving wheels and then derives the relation among position, velocity, and acceleration of the developed tracked mobile robot. Subsequently, the kinematic relation between driving wheels (including their rotating speed and linear speed) and the mobile robot (including its motion velocity and heading angle) is obtained by applying kinematic analysis. The constraints for the motions of the mobile robot are then created and the acceleration constraints when the mobile robot moves on linear and circular paths are derived. The Matlab software is applied to carry out simulations of the developed algorithms, and the VisSim real-time control system is used to implement the developed approaches on the mobile robot to evaluate the derived acceleration constraints. The simulation and experimental results show that the mobile robot moves along the preplanned motion paths with the preplanned velocity and acceleration trajectories that consider the acceleration constraints. Thus, the proposed acceleration analysis and trajectory planning algorithms are applicable for the motion control of wheeled and tracked mobile robots.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2文獻探討 2
1.3問題陳述 2
1.4提出解決方法 3
1.5論文架構 3
第二章 履帶式移動機器人機電設計與運動分析 4
2.1履帶式移動機器人機構設計 4
2.2電控系統架構 8
2.3 履帶式移動機器人運動特性分析 12
第三章 加速度限制方程式推導與模擬 24
3.1加速度限制方程式推導 24
3.2加速度限制軌跡規劃模擬 25
3.2.1直線加速度限制與模擬 25
3.2.2逆時針轉彎加速度限制與模擬 32
3.2.3順時針轉彎加速度限制與模擬 41
第四章 加速度限制軌跡規劃實驗結果 49
4.1機器人運動路徑規劃 49
4.2加速度限制實驗結果 50
第五章 結論 61
參考文獻 62
附錄A 履帶式移動機器人動態方程式推導 64
附錄B 機器人加速度限制軌跡規劃模擬圖 70
附錄B-1 直線戰車模式 70
附錄B-2 直線抬舉模式 74
附錄B-3 逆時針轉彎戰車模式 77
附錄B-4 逆時針轉彎抬舉模式 80
附錄B-5 順時針轉彎戰車模式 84
附錄B-6 順時針轉彎抬舉模式 88
附錄C 履帶式移動機器人質量中心分析 92
附錄C-1 抬舉模式質量中心 92
附錄C-2 戰車模式質量中心 94



[1]自動導引車,http://blog.china.alibaba.com/blog/econagv/article/b0-i9954047.html
[2]晉茂林,機器人學,五南圖書出版公司,2005,第1-3頁。
[3]M. W. Spong, S. Hutchinson and M. Vidyasagar, Robot Modeling and Control, John Wiley & Sons, Inc., 2006, pp.1-4.
[4]Y. Zhang, J. H. Chung and S. A. Velinsky, “Variable Structure Control of a Differentially Steered Wheeled Mobile Robot,” Journal of Intelligent and Robotic Systems 36, 2003, pp. 301-304.
[5]J. Velagic, B. Lacevic and N. Osmic, Nonlinear Motion Control of Mobile Robot Dynamic Model, InTech, 2008, pp. 529-534.
[6]Y. Zhang, D. Hong, J. H. Chung and S. A. Velinsky, “Dynamic Model Based Robust Tracking Control of a Differentially Steered Wheeled Mobile Robot,” American Control Conference, vol.2, June 1998, pp. 850-855.
[7]S. Hong, J. S. Choi, H. W. Kim, M. C. Won, S. C. Shin, J. S. Rhee and H.U. Park, “A path tracking control algorithm for underwater mining vehicles”, Journal of Mechanical Science and Technology 23, 2009, pp. 2030-2037.
[8]X. Duan, Q. Huang, N. Rahman, J. Li and Q. Du, “Modeling and Control of a Small Mobile Robot with Multi-Locomotion Modes,” Proceedings of the Sixth International Conference on Intelligent Systems Design and Applications (ISDA''06),2006.
[9]A. A. Shabana, Computational Dynamics Third Edition, John Wiley and Sons, Ltd., Publication, 2010, pp.178-182.
[10]R. Siegwart and I. R. Nourbakhsh, Introduction to Autonomous Mobile Robots, MIT Press, 2004, pp.48-53.
[11]林志一、張嘉峰、楊政達、曾龍圖,VisSim動態系統模擬與即時控制,台 科大圖書股份有限公司,2002。
[12]桌傑企業有限公司,http://www.chochieh.com.tw/vissim/professional_vissim.html

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