人類對生物研究與機器人研發已行之多年，隨著近年來對於跨領域研究的重視，這兩個分別隸屬於科學和工程的研究，逐漸產生了交集，而有了「仿生機器人」這一個新興領域的誕生，其應用了自然界生物系統中所擁有的一些機制與設計，使機器人能展現該生物系統所具有的特定功能。因此本研究係針對六足機器人，賦予數種仿多足生物行進步態，可隨使用者透過遙控介面，選擇該地適合之運動行為，其步態包含三腳步態(tripod gait)、波形步態(wave gait)、疊波步態(ripple gait)及蟹行步態(crab gait)，仿生機器人不但可隨環境改變行走步態，亦可透過使用者，選擇仿生物攀爬模式，以跨越行進間之障礙物。而此仿生機器人之系統設計，吾等使用了二組AVR單晶微電腦，其中一組為受控端之主控單元ATmega128A，由XBee通訊模組接收遙控端之命令碼，以作為主控單元輸出脈波寬度訊號之依據，隨時調整18組伺服馬達之旋轉角度，以維持六足姿態穩定。而另一組為遙控端之主控單元ATmega8A，配合繪圖型LCD顯示選單介面，用不同的按鍵，以選擇行進步態，並透過XBee通訊模組，傳輸相對應之命令碼。經由本研發仿生機器人之設計與操控，可了解多足生物之運動軌跡與行進模式，以提昇興趣者對機電整合多樣化之體認。

Humans have researched in both biology and robot for many years. Along with thinking highly of interdisciplinary research in recent years, these two researching fields which respectively belong to science and engineering have more and more intersection. Therefore, a new emerging researching field named "Bionic-Robot" comes into being.
For adding some specific function of natural creatures, "Bionic-Robot" applies many mechanisms and designs in biological systems of mother nature.
Consequently, this study is mainly aimed at hexapod robot given with several different bionic gaits. We can select appropriate gait for the robot by the interface of remote control. The gaits contains tripod gait, wave gait, ripple gait, and crab gait. Bionic robot not only can change gait with variant environment, but also can switch to bionic climbing mode by the user to stride across barriers.
To Design the bionic-robot system, we utilized two sets of AVR microprocessor control unit. One is of the slave terminals of main control ATmega128A. It received command code from several servos by XBee communication module. According to the command code received, the main control unit of ATmega128A fan-out PWM signals, and the signals are used to real-time adjust the rotation angle of 18 sets of servos in order to maintain posture stability of the hexapod robot. The other microprocessor control unit is of the master terminals of main control ATmega128A. Through the menu displayed by graphic LCD and different buttons, it can select gait and output correlated command code by XBee communication module.
Through the presentation of the design and the manipulation of biomimetic robot in our research and development, the interested mass cannot only realize more about both track and gait of multiped creatures, but raise more comprehension about mechatronics variety.

摘要…………………………………………………………………………i
Abstract…………………………………………………………………….ii
致謝………………………………………………………………………..iii
目錄……………………………………………………………………..…iv
圖目錄…………………………………………………………………….vii
表目錄……………………………………………………………………xiii
第一章 緒論……………………………………………………………….1
1-1 研究目的與動機……………...…………………………………..1
1-2 相關回顧………………………………...……………………..…1
1-3 論文架構…………………………………...……………………..3
第二章 系統架構與實體機構設計……………………………………….4
2-1 系統架構……………………………………...…………………..4
2-1-1 遙控端系統架構………………………...…………………4
2-1-2 受控端系統架構…………………………...………………5
2-2 機構與零組件之設計……………………………...……………..6
2-2-1 六足機器人機身設計………………………...……………8
2-2-2 六足機器人足部關節機構設計………………...………..11
2-2-2-1 基節(Coxa)之機構設計…………………..……….11
2-2-2-2 轉節(Trochanter)之機構設計……………..………13
2-2-2-3 腿節(Femur)之機構設計…………………..……...16
2-2-2-4 脛節(Tibia)之機構設計……………………..…….19
2-2-3 六足機器人組合概觀………………………………...…..22
2-3 遙控器外觀之規劃…………………………………………...…26
2-3-1 遙控器外觀零件之介紹……………………………….....26
2-3-2 遙控器外觀組合件之介紹…………………………….....29
第三章 硬體元件與電路設計…………………………………………...32
3-1 電路板規劃與配置……………………...………………………32
3-1-1 遙控端電路板配置………………...……………………..32
3-1-2 受控端電路板配置…………………...…………………..36
3-2 RC伺服馬達…………………………………...………………...41
3-3 鋰離子電池……………………………………...………………43
3-3-1 18650鋰離子電池…………………………...……………43
3-3-2 磷酸鋰鐵電池………………………………...…………..44
3-4 磁環…………………………………………………...…………45
3-5 XBee通訊模組………………………………………...………...46
3-6 繪圖型LCD……………………………………………..………48
第四章 軟體介紹………………………………………………………...49
4-1 SolidWorks………………………………………………...……..49
4-2 Protel 99 SE………………………………………………...…….50
4-3 WinAVR……………………………………………………...….52
4-4 AVR Studio……………………………………………………....53
4-5 遙控器程式架構………………………………………...………55
4-6 機器人程式架構…………………………………………...……59
第五章 實驗結果………………………………………………………...61
5-1 三角步態分析………………………………………………...…61
5-2 蟹行步態分析…………………………………………...………66
5-3 波形步態分析……………………………………………...……68
5-4 疊波步態分析……………………………………………...……73
5-5 攀爬步態分析………………………………………………...…77
5-6 步態週期分析…………………………………………………...81
第六章 結論與未來展望………………………………………………...83
參考文獻………………………………………………………………….84

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