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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:馮媛媛
研究生(外文):FENG, YUANYUAN
論文名稱:騎乘腳踏車機器人之控制與實作
論文名稱(外文):Control and Implementation of a Bicycle-riding Robot
指導教授:葉廷仁
指導教授(外文):Yeh, Ting-Jen
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
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:2013
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:平衡控制機器人腳踏車逆向運動學
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本研究旨在設計機器人騎腳踏車的整體平衡系統。通過建立腳踏車的模型,設計有龍頭轉角控制腳踏車平衡的比例積分控制器策略,並由ADAMS和Simulink之模擬對比驗證控制腳踏車的平衡,且能夠在行進時做到轉彎的動作。。本研究使用Kondo公司的KHR-2HV機器人,對其進行改造並設計匹配的腳踏車,由機器人的腳部踩動踏板使得腳踏車前進,以機器人的手臂拉動把手使的龍頭轉動而保持系統平衡。在前進控制上,對腳部踩踏動作進行軌跡規劃,使腳部持續平穩地進行循環踩踏。在平衡控制中,迴授車身傾倒角度,經由比例積分加上反終結控制器架構龍頭轉角,進而以逆向運動學算出手臂關節上之馬達所需角度,而由手臂帶動龍頭轉動以保持平衡。目前已建構出基本的機器人與腳踏車,且能由機器人自主騎乘控制腳踏車平穩前進。
摘要 i
致謝辭 ii
目錄 iii
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本文大綱 5
第二章 腳踏車架構與動態模型分析 6
2.1 腳踏車整體架構 6
2.2 腳踏車動態模型分析 7
2.2.1 坐標軸與變數定義 7
2.2.2 腳踏車動態 9
2.2.3 系統特性討論 13
2.3 控制策略 15
第三章 系統模擬及數據分析 19
3.1 ADAMS模擬及分析 19
3.1.1 自我平衡腳踏車模型 20
3.1.2 不同速度的平衡控制類比 21
3.1.3 轉彎模擬 26
3.2 Simulink模擬 29
3.3 模擬結果比較 32
第四章 感測器校正與訊號處理 34
4.1 感測器校正 34
4.2 感測器校正結果 38
第五章 騎乘腳踏車機器人之實作 42
5.1 機器人機構設計與硬體配置 42
5.1.1 機器人 43
5.1.2 腳踏車 46
5.1.3 前進控制器 47
5.1.4 平衡控制器 48
5.1.5 感測器模組 49
5.2 前進控制實現 50
5.2.1 腳部動作設計 51
5.2.2 腳步數據採集分析 53
5.2.3 腳步數據擬合 54
5.3 平衡控制實現 60
5.3.1 PID控制 61
5.3.2 手部動作設計 63
5.4 實驗結果 66
第六章 結論與未來方向 68
6.1 結論 68
6.2 未來方向 69
參考文獻 70

參考文獻
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