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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:郭維哲
研究生(外文):Kuo, Wei-Che
論文名稱:以樹莓派實現機械手臂運動控制
論文名稱(外文):The Realization of Robotic Arm in Kinematic Control via Raspberry Pi
指導教授:容志輝
指導教授(外文):Yung, Chee-Fai
口試委員:黃煌男林正凱周永山吳政郎容志輝
口試日期:2016-07-04
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:50
中文關鍵詞:機械手臂樹莓派I²C機器人運動學影像辨識
外文關鍵詞:robotic armRaspberry PiI²Crobotic kinematicvisual recognition
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本論文之目標為設計一組機械手臂控制系統,藉由兩種方式-手動與自動來完成機械手臂夾取目標物之功能。其中手動模式為利用無線搖桿來控制機械手臂的運動;自動模式則是以影像辨識配合逆向運動學進行定點夾取。本系統使用的微處理器為Raspberry Pi 2 Model B,此控制板具有獨立的作業系統Linux,機械手臂的運動學運算及影像辨識的位置計算均由Raspberry Pi處理。
The thesis focuses on the construction and control of a robotic arm system. Both automatic mode and manual mode are developed to control the robot arm to pick up some objects. In the manual mode, a joystick (with wireless module) is used to remotely control the movement of the robotic arm. In the automatic mode, which is used the visual recognition is integrated with inverse kinematic to achieve to target captured. The controller is implemented by a Raspberry Pi 2 operated in Linux. The robotic kinematics and visual recognition control are all calculated in Raspberry Pi.
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章ˉˉ緒論 1
1.1ˉ前言 1
1.2ˉ研究動機與目的 3
1.3ˉ文獻回顧 3
1.4ˉ論文架構 4
第二章ˉˉ系統軟硬體架構 5
2.1ˉ系統簡介 5
2.2ˉ系統介紹與架構 6
2.2.1ˉˉ固定平台及手臂構造 6
2.2.2ˉˉ馬達 8
2.3ˉ機械手臂的機件設計 9
2.4ˉ控制電路系統 12
2.4.1ˉˉ微處理器 12
2.4.2ˉˉ無線接收電路 13
2.4.3ˉˉ馬達驅動電路 13
2.4.4ˉˉJoystick module 15
2.5ˉ通訊系統 15
2.5.1ˉˉI²C 15
2.5.2ˉˉUART 17
2.6ˉ數位攝影機 18
2.7ˉ軟體開發工具 19
2.7.1ˉˉOpenCV 19
2.7.2ˉˉ程式開發工具 19
第三章ˉˉ控制與電腦視覺 21
3.1ˉ機械手臂運動控制 21
3.1.1ˉˉ自由度分析 21
3.1.2ˉˉ運動學與Denavit-Hartenberg法 21
3.1.3ˉˉ齊次轉換矩陣 22
3.1.4ˉˉ正向運動學 24
3.1.5ˉˉ逆向運動學 26
3.1.6ˉˉ伺服馬達與PWM控制 29
3.2ˉ影像處理 30
3.2.1ˉˉ影像處理流程 30
3.2.2ˉˉRGB色彩空間 30
3.2.3ˉˉHSV色彩空間 31
3.2.4ˉˉ色彩空間的轉換 32
3.2.5ˉˉ影像分割 34
3.2.6ˉˉ侵蝕與膨脹 35
3.2.7ˉˉCamshift演算法 37
第四章ˉˉ系統測試與實驗成果 41
4.1ˉ實驗成果一:手動夾取 41
4.1.1ˉˉ實驗目的 41
4.1.2ˉˉ實驗結果 41
4.2ˉ實驗成果二:自動夾取 44
4.2.1ˉˉ實驗目的 44
4.2.2ˉˉ實驗結果 44
第五章ˉˉ結語與未來展望 47
5.1ˉ結論 47
5.2ˉ未來展望 47
參考文獻 48


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[10] 張國卿,光流演算法於影像伺服機械臂之應用,國立臺灣海洋大學 電機工學系碩士論文,2013。

[11] 許哲勝,多重智慧控制器應用於機械手臂定位,國立臺灣師範大學 機電科技學系碩士論文,2012。

[12] 巫憲欣,以系統晶片發展具機器視覺之機械手臂運動控制,國立臺灣科技大學 機械工學系碩士論文,2006。

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[18] 伺服馬達工作原理
http://rainermoba.blogspot.tw/2011/09/was-die-weichen-bewegt-servo-und-mgv136.html

[19] 機器人系統轉矩規格計算
http://lutron1980.pixnet.net/blog/post/23562661

[20] OpenCV-Python使用指南
https://opencv-python-tutroals.readthedocs.io/en/latest

[21] 顏色理論
http://blog.xuite.net/quencychenkimo/twblog/116355559

[22] 使用Raspberry Pi操作伺服馬達機械手臂
http://blog.ittraining.com.tw/2015/04/raspberry-pi.html

[23] 藉助圖像直方圖來檢測特定物
https://read01.com/E5kJQB.html

[24] CamShift跟蹤演算
http://alex-phd.blogspot.tw/2014/03/blog-post_7108.html

[25] PCA9685 Datasheet, NXP Semiconductors, Download by:
https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/PCA9685.pdf

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