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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃英甫
研究生(外文):Ying-Fu Huang
論文名稱:智慧型不倒車設計
論文名稱(外文):Smart Self-Balancing Vehicle
指導教授:黃秀英黃秀英引用關係
指導教授(外文):Hsiu-Ying Hwang
口試委員:藍天雄
口試委員(外文):Tian-Syung Lan
口試日期:2016-07-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:車輛工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:104
語文別:中文
中文關鍵詞:陀螺儀、平衡、轉動慣量、自走控制
外文關鍵詞:Gyroscope、balance、moment of inertia、self-propelled
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本研究以陀螺儀理論為基礎,利用飛輪產生轉動慣量,對車身傾倒時產生相反抗力阻止翻倒。在日常生活中,小型機車雖然有著輕巧方便的優點,但卻有著一些缺點,像是翻車時駕駛員容易受重傷,因此決定將陀螺儀與現代智慧車結合。
模擬使用的車為兩輪配置單陀螺儀,並測試在側邊碰撞時陀螺儀給予的反作用力。研究結果顯示轉速在12000rpm以及13000rpm時能讓車身有著最佳的穩定度,但在側邊碰撞時,轉速高低與產生的相反抗力成正比。

以低成本和輕量化為考量進行實車製作。使用智慧型方式自走控制使二輪車能在軌道中行走。另外,量測車身傾擺角度的訊號值平均值為3.713度,雖然實驗結果普遍高於模擬值,但比較後其趨勢與模擬分析吻合。
This research is based on the theory of gyroscope. Using the moment of inertia generated by the flywheel, it can provide resistance to prevent the car from tipping.

The car used for simulation is made by a two-wheeled vehicle and one gyroscope. We would like to test the counterforce generated by the gyroscope when the car is under side impact. The result shows that at the 12000rpm and 13000rpm of flywheel, the car can keep the best stability. And the faster the flywheel spin ,the more counterforce it generates.

Low cost and lightweight to be considered real vehicle production. Use smart way to make self-propelled two-wheeled vehicle control can walk in the track. In addition, body tilting angle of the values was measured about 3.713 degree. Although experiment result most higher than simulation, but the trend compared match with simulation.
摘要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 文獻回顧 2
1.4 研究方法流程圖 4
1.5 論文架構 5
第二章 陀螺儀概述 6
2.1 陀螺儀基礎介紹 6
2.2 論文研究特點 7
2.3 應用現況與發展 8
2.4 陀螺儀動態之動力學原理 10
2.5 角速度的變化 11
2.6 轉動慣量 12
2.7 角動量的變化 12
2.8 飛輪原理 14
第三章 二輪車設計與動態模擬分析 15
3.1 設計與分析軟體介紹 15
3.2 設計的流程 15
3.3 陀螺儀設計參數 16
3.4 整車系統設計 20
3.5 動態模擬分析 26
3.5.1 陀螺儀在不同轉速下的分析 28
3.5.2 側邊碰撞模擬分析 33
第四章 智慧自走控制 37
4.1材料及設備 37
4.2 二輪車控制單元 38
4.2 循跡感測器應用 39
4.3 控制方式 43
4.4 軌道測試 46
4.4.1 直線軌道 46
4.4.2 圓形軌道 48
第五章 實車實驗 51
5.1 車身傾斜角度實驗 53
第六章 結論與未來展望 62
6.1 結論 62
6.2 未來展望 63
參考文獻 64
APPENDIX A : myRIO-1900 66
APPENDIX A : 控制晶片 67
APPENDIX B : 三軸加速度感測晶片規格 68
符號彙編 69
1. T. L. Heath, The Copernicus of Antiquity: Aristarchus of Samos (1920). See also
https://archive.org/details/copernicusofanti00heatrich.

2. J. L. Tassoul and M. Tassoul, Concise History of Solar and Stellar Physics, Princeton
University (2004).

3. A. D. Aczel, Pendulum: Leon Foucault and the Triumph of Science, Washington Square Press
(2003).

4. Peter Jorgensen, Gytoscopic Stabilization of Unstable Dynamical Systems, August 1, 2012.

5. Guenter Bischof, Karl Reisinger, Thomas Singraber, and Andreas Summer FH Joanneum,
Gyroscopic Bearing Loads in Vehicular Flywheel-Based KERS, SAE Technical Paper 2014-01-
0839 2014, doi:10.4271/2014-01-0839.

6. Robert W. Mitchell and Barb Schultz, SAE International Paper 2007-01-0533 2007, A Case
Study: Improvements in Automotive Motion Simulators Using Six Sigma Methodologies, April
16-19, 2007

7. 參考網站http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/brennan/brennan.htm

8. Brennan, L.,’’Means for Imparting Stability to Unstable Bodies’’, US Patent No. 796893,
1905

9. Shilovskii, P.P., ‘’The Gyroscope: its Practical Construction and Application’’, London,
E. and F.N. Spon ; New York, Spon and Chamberlain, 1924.

10. Schilowsky,P.,’’Gyroscope’’, US Patent No. 1,137,234,1915.

11. 參考網站 https://en.wikipedia.org/wiki/Gimbal

12. 圖片來源 http://www.flickr.com/photos/lyonaus/3155195689

13. 圖片來源 http://www.flickr.com/photos/52926853@N00/156911238

14. 參考網站 http://www.segway.com/

15. 參考網站 https://en.wikipedia.org/wiki/IBOT

16. Scarborough J.B.,1985, The Gyroscope Theory and Applications, McGraw-Hill Book Company,
New York..

17. Tao Zhang, 2014, Analysis of Active Gyro Based Roll-Stabilization of Slender Boat Hulls,
KTH, School of Engineering Sciences (SCI).

18. 參考網站 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A3%9B%E8%BC%AA

19. 參考網站 http://www.quanser.com/products/rcptk/documentation/ni_myrio_msp_c.html

20. 參考網站 http://hobbyrobotyka.pl/mostki-h-jak-ugryzc/

21. 參考網站 https://physics.ucsd.edu/neurophysics/lab/ADXL335.pdf
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