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研究生:徐柏剛
研究生(外文):Pai-Kang Hsu
論文名稱:六足機器人之步態分析與控制
論文名稱(外文):The Gait Analysis and Control of a Hexapod Robot
指導教授:吳政郎
指導教授(外文):Jenq-Lang Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:電機工程學系
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:132
中文關鍵詞:六足機器人D-H轉換矩陣正向運動學反向運動學步態分析
外文關鍵詞:Hexapod RobotD-H transformationdirect kinematicsinverse kinematicsgait analysis
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本研究目的在於進行一個六足機器人的步態分析與控制器設計,利用D-H轉換矩陣(Denavit-Hartenberg-Transformation)、正向運動學、反向運動學、幾何推導的方法,計算出機器人足部各個關節的角度,分析出不同行走條件下的步態與路徑。我們採用Microchip公司出產的PIC18F4520單晶片來做機器人的控制,並在六足機器人上外加紅外線感測模組、壓力感測模組、傾斜計以增強六足機器人的功能,如:避障、行走凹凸不平的環境、爬斜坡等。
This thesis studies the gait analysis and the controller synthesis for a hexapod robot. We calculate joint angles of a hexapod robot under different walking conditions by using Denavit–Hartenberg transformation, direct kinematics, inverse kinematics and geometry derivation approaches. The controller of the hexapod robot is realized by a Microchip PIC18F4520 microcontroller. We install infrared ray sensors, pressure sensors and inclinometer on hexapod robot for improving walking performances, like avoiding obstacles, walking on rough terrain and climbing a sloping surface.
目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 研究背景與目的 1
1.4 文獻回顧 2
1.5 論文架構 3
第二章 系統架構 5
2.1 機器人機構介紹 5
2.1.1 伺服馬達 5
2.1.2 機器身軀 7
2.1.3 機器足架構 8
2.2 單晶片微控制器 10
2.2.1 A/D轉換模組 10
2.2.2 USART通訊模組 14
2.2.3 MPLAB IDE 3平台 16
2.3 三十二路伺服馬達控制板 17
2.4 紅外線測距模組 19
2.5 壓力感測器 21
2.6 傾斜計 23
第三章 運動學 27
3.1 空間座標矩陣表示法 27
3.1.1 空間向量表示 27
3.1.2 座標系原點在另一固定參考座標系原點的矩陣表示法 28
3.1.3 座標系在另一固定參考座標系中的矩陣表示法 28
3.2剛體的運動 29
3.2.1 剛體在空間中表示 29
3.2.2 歐拉旋轉定理(Euler's rotation theorem) 30
3.3 齊次座標轉換 32
3.4 D-H轉換矩陣 35
3.5 正向運動學 38
3.6 反向運動學 41
第四章 幾何運算 45
4.1 機器人構造定義 45
4.1.1 機器人方位定義 45
4.1.2 機器足關節角度定義 46
4.2機器人足部幾何推導 47
4.2.1 機器人前進 47
4.2.2 機器人右轉 59
4.2.3 機器人行進於斜坡上 60
第五章 推導模擬 79
5.1 機器人的條件限制 79
5.2 模擬比較 82
5.2.1 平面前進 83
5.3 穩定站立於斜坡上 88
5.4 行走於斜坡上 90
第六章 步態分析 93
6.1 六足機器人之步態分析 93
6.2 三角步態的穩定度 100
6.3 斜坡上的穩定度 102
第七章 實驗結果 105
7.1 紅外線感測器避障功能 105
7.2 壓力感測器 109
7.3 傾斜計爬斜坡功能 112
7.3.1 斜坡步態 112
7.3.2 傾斜計功能 113
第八章 結論和未來展望 117
8.1 結論 117
8.2 未來展望 117
參考文獻 119









參考文獻
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[34] http://www.microchip.com.tw/Taiwan_CAE/wlearn/IDE/MPLAB_IDE.html
[35] h.wikipedia.org/zh-tw/刚体

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