臺灣博碩士論文加值系統

目前線迷宮鼠相關研究多著重於實作硬體與韌體等，但缺乏具有演算法開發的模擬介面，因此本論文設計與實作一個線迷宮鼠的教學平台，完成其硬體電路、韌體程式與多種演算法模擬介面實作。
本論文成果如下：其一為自行設計與製作線迷宮鼠的硬體電路與機構。其二為整合線迷宮鼠的循線能力，使用點斜式校正紅外線感測器，利用拋物線的概念計算出線段的軌跡位置，並將位置控制應用於直流伺服馬達。其三為自行設計與製作線迷宮鼠模擬介面，針對單起點多目標之線迷宮地圖進行最短路徑的相關研究，開發不同需求導向之最短路徑演算法。其四為整合線迷宮鼠與模擬介面的遠端偵測功能，模擬介面除了能在個人電腦上模擬單起點多目標之線迷宮地圖的最短路徑外，還提供遠端偵測迷宮地圖的功能，讓線迷宮鼠搜尋迷宮地圖並將迷宮資訊回傳，由模擬介面繪製迷宮地圖。當迷宮搜尋結束後，在模擬介面上選擇需求導向之演算法，執行最短路徑模擬結果，並傳給線迷宮鼠執行最短路徑之運動控制。

Most researches about the line-maze robots focus on the implementation of the hardware circuit and firmware programming instead of the algorithm design. Therefore, a line-maze robot platform, which contains not only hardware circuit and firmware programming but only the simulation interface and algorithms design, is presented.
The contributions of this paper are as follows. First, the hardware circuit of the robot is implemented by myself. Second, the sensor usage, the line position prediction and the position control for DC motors are controlled by the firmware programming. Third, the simulation interference for the line-maze robot is designed for the simulation of the shortest path algorithms. Fourth, The integrated simulation interface, which supports the shortest path algorithms and integrates the searching path information of the remote environmental detection by using the Bluetooth modules, are presented. After searching the line maze, the shortest path and its corresponding motion control is transmitted to the line-maze robot.

摘　要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 論文之貢獻 3
1.3 論文架構 3
第二章 線迷宮鼠軟硬體與機構設計 4
2.1 系統架構圖 4
2.2 微控制器 5
2.3 光感測器電路 6
2.4 馬達驅動 8
2.4.1 馬達控制PWM模組 8
2.4.2 馬達驅動電路 9
2.5 磁式編碼器 10
2.6 直流馬達的挑選 11
2.7 無線傳輸模組 13
2.8 機構設計 14
2.8.1 齒輪減速比 15
2.8.2 輪胎總成 15
2.8.3 馬達固定機構 16
2.8.4 機構組裝 16
2.9 線迷宮鼠外觀 17
2.10 開發環境與除錯工具 18
2.10.1 MPLAB IDE 18
2.10.2 PICkit2 19
第三章 線迷宮鼠運動控制與路口判斷 20
3.1 紅外線感測器正規化校正 20
3.2 軌跡位置估測 23
3.3 直流伺服馬達之位置控制 24
3.4 計算移動方程式 27
3.5 九種路口之運動控制 28
第四章 不同需求導向之最短路徑演算法 35
4.1 迷宮搜尋法則概念 35
4.1.1 右手搜尋法則與左手搜尋法則 35
4.1.2 以刪除節點編號為基礎演算法 37
4.2 線迷宮鼠模擬介面 38
4.2.1 迷宮地圖資訊 40
4.2.2 以刪除節點編號為基礎演算法 42
4.2.3 迷宮地圖儲存與載入 47
4.2.4 遠端偵測迷宮地圖 48
4.3 不同需求導向演算法實作 49
4.3.1 長度導向演算法 50
4.3.1.1 問題定義 51
4.3.1.2 演算法描述 51
4.3.1.3 長度導向演算法之模擬 52
4.3.2 轉彎權重導向演算法 55
4.3.2.1 問題定義 56
4.3.2.2 演算法描述 56
4.3.2.3 轉彎權重導向演算法之模擬 57
4.3.3 擁擠度導向演算法 60
4.3.3.1 問題定義 61
4.3.3.2 演算法描述 61
4.3.3.3 擁擠度導向演算法之模擬 62
4.3.4 優先權導向演算法 65
4.3.4.1 問題定義 66
4.3.4.2 演算法描述 66
4.3.4.3 優先權導向演算法之模擬 67
第五章 實驗結果 70
5.1 比較長度導向與轉彎權重導向 70
5.2 比較長度導向與擁擠度導向 72
5.3 比較長度導向與優先權導向 74
第六章 結論與未來展望 76
6.1 結論 76
6.2 未來研究目標 77
參考文獻 78
符號(公式)說明 81

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