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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:梁維儒
研究生(外文):Wei-Ju Liang
論文名稱:下水道無人車開發
論文名稱(外文):Development of unmanned ground vehicle for sewerage engineering
指導教授:郭鎮銘
指導教授(外文):Chen-Ming Kuo
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:機械工程研究所
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:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:地下道無人車無人載具下水道車
外文關鍵詞:sewer systemunmanned ground vehicleunmanned ground vehicle for sewer
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自人類發展出下水道系統後,其已成為都市大型公共設施之一,雖然近年來國際上對於是否興建下水道有正反兩派的論戰,但在台灣早已定立興建下水道系統的政策。興建下水道系統除了需要耗費巨資,其維護亦是需要大量資金和人力,由於台灣處於地震帶因此更需要比歐洲國家更多的維護成本, 確保管路不會因外力造成破管、受侵蝕或震動移位等因素。
以前由於管路是埋設於地底下,必須進入下水道檢查和維護,不僅危險、人力和時間成本高,還有一些人無法到達的細小管徑,這些以前無法輕易克服的問題如今可藉由無人載具來解決,但是這些設備都是國外廠商生產製造,而本研究除了探討其中無人車相關技術,最主要目的是自主開發一套成熟的設備,因應台灣未來碰到的大量下水道管線檢查。
本論文欲解決影像和控制訊號傳輸距離以及定位準確性等問題,目前在影像和控制訊號方面使用CAT5E線材進行分段測試,而定位則採用慣性導行搭配編碼器進行定位,再藉由本實驗室開發之地面站系統將資訊整合完成整個控制系統。
Since the first development sewer system in human history, it has become one of the major infrastructures for the modern city. According to the official record, the first sewer system in Taiwan was built around 1959, despite the connection rate is still very low (around 20%), aging plus frequent nature disaster has speed up the structure deterioration Conventional inspection method involving human inspector, which is dangerous and high cost. With advance in technologies, recent inspection started to use robot system to increase safety level, however, since Taiwan has no company specify in building such system, hence the cost is still high.
To overcome these problems, this thesis focusing on using in house design system to develop underground pipeline inspection robot that can be integrate with varies of sensors. The overall developed unmanned robot connect to the ground control station with CAT5E ether net cable with tested length up to 1200 meters.
Finally, a simple experiment were carried out to visually inspect section of the pipe inside campus of Chung Yuan Christian University.
目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
本文 1
Chapter 1. 前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 4
1.2.1 移動機器人的發展 4
1.2.2 移動機器人技術簡介 10
1.2.3 移動機器人的分類 14
1.3 研究架構 18
Chapter 2. 車輪機構與運動原理 19
2.1 輪式移動機構 19
2.1.1 輪式移動機構 19
2.1.2 全方位機構 33
2.2 履帶式移動機構 43
Chapter 3. 下水道車製作 50
3.1 車體 51
3.1.1 車輪 51
3.1.2 電子變速器(Electronic Speed Control)[4] 51
3.1.3 有刷馬達(直流馬達)[5] 51
3.2 控制系統 53
3.3 感測器 55
3.3.1 編碼器[7] 55
3.3.2 傾斜偵測儀及電子羅盤[7] 56
Chapter 4. 實驗與結果 60
4.1 影像與控制訊號測試 60
4.2 定位測試 64
Chapter 5. 總結 68
5.1 結論 68
5.2 未來展望 69
參考文獻 70

圖目錄
圖 1四輪機器人常見移動機構(圖中方形代表機器人本體) 20
圖 2雙輪差分驅動平台運動分析示意圖 23
圖 3滾動單輪系統 24
圖 4導向驅動平台廣義坐標 27
圖 5麥克納姆全方位輪[8] 33
圖 6球輪結構示意圖 34
圖 7正交輪基本結構 35
圖 8四個麥克納姆輪的移動機構 37
圖 9四個麥克納姆輪移動機構的運動與受力分析 37
圖 10四麥克納姆輪移動平台運動分析 39
圖 11廣義坐標定義 43
圖 12履帶式移動平台運動示意圖 45
圖 13履帶式平台受力分析 46
圖 14整體架構圖 50
圖 15下水道車實體圖 50
圖 16 12米控制訊號和影像訊號回傳實驗 60
圖 17 300米控制訊號和影像訊號回傳實驗 61
圖 18 600米控制訊號和影像訊號回傳實驗 62
圖 19 900米控制訊號和影像訊號回傳實驗 63
圖 20 1200米控制訊號和影像訊號回傳實驗 63
圖 21進入管線前的照片 64
圖 22管線內實景圖,左上為第一張,右上第二張,左下第三張,右下第四張 64
圖 23整體Pitch變化圖 65
圖 24整體Roll變化圖 65
圖 25整體Yaw變化圖 65
圖 26經度變化 66
圖 27緯度變化 66
圖 28 Google Earth路徑圖 66


表目錄
表格 1用戶接管普及率及污水處理率統計一覽表(依103.11.30人口資料) 2
表格 2用戶接管普及率及污水處理率統計一覽表(依107.11.30人口資料) 3

[1]移動機器人技術及其應用
[2]移動機器人自主控制理論與技術
[3]室內移動式服務機器人的感知、定位與控制一書
[4]無人載具---四軸機(二)---馬達、電子變速器http://robotrabbit.blogspot.com/2012/06/blog-post_21.html
[5] 直流馬達wiki https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%E6%B5%81%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA [6]
[6]中原大學機械工程學系 沈鉦鈞 小型水上無人載具開發用於水檢測
[7]Mobile Robots-Navigation,Control and Remote Sensing
[8] http://m.chinaagv.com/sell/detail/201703/18/2838.html
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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