臺灣博碩士論文加值系統

清潔機器人必須具備在移動環境中自我定位的能力，以達成各種實際應用。本論文研究目的是利用StarGazer紅外線感測器紅外線感測器所發展出之機器人室內定位系統，應用於清潔機器人之開發。
清潔機器人的研發在國外已經有多年的經驗，如:澳洲Floor Botics公司的V4智慧型清潔機器人、瑞典Electrolux公司的三葉蟲清潔機器人與美國iRobot公司生產的Roomba清潔機器人都是研發多年的成果，其功能具有自動避障、自動充電與清潔功能，但缺點是沒有室內定位的能力，無法得知清潔機器人的正確位置。因此本論文使用StarGazer紅外線感測器紅外線感測器來發展一室內定位系統。首先在室內建立起紅外線反射地標，藉由StarGazer紅外線感測器紅外線感測器讀取到地標反射的影像並分析計算出其所在位置。

The indoor clean robot must have the ability to localize itself in the moving environment, in order to reach various kinds of practical applications.
The purpose of this thesis is to study how to utilize the StarGazer infrared ray detecting device's as an indoor localization system for the clean robot in developing various applications.

The clean robot’s research and development abroad already had many years experiences, for instance: V4 intelligent clean robot of Australia Floor Botics Company, the Sweden Electrolux Company’s trilobite clean robot and Roomba clean robot the product of U.S.A. iRobot Company etc. All these are achievement in research and develop of the clean robot for recent years and have the functions of obstacle evading, charging as well as the clean function automatically, but with the shortcoming of no ability to localize itself indoor, neither to know the correct position of the clean robot.
We develop an indoor localization system which uses StarGazer infrared ray detecting device as the key component. By setting up the infrared ray reflecting land mark indoors at first, then the StarGazer infrared ray detecting device reads the image reflected from the land mark and analysis the received image to computes the position.
In the research, we integrate the StarGazer infrared ray detecting device with the clean robot by using Arduino controller board with ATmega chip to read the position data that StarGazer sends, and to carry out the localization function.

摘要i
ABSTRACTii
誌謝iii
目錄iv
表目錄viii
圖目錄ix
第一章　緒論1
1.1　前言1
1.2　研究動機與目的1
1.3　論文架構3
第二章　室內定位系統簡介4
2.1　超音波定位技術4
2.1.1　蟋蟀定位系統（The Cricket Indoor Location System）5
2.1.2　星座導航定位系統 (Constellation)7
2.2　無線射頻辨識(RFID)9
2.3　主動式座標投影定位10
2.3.1.　NorthStar（北極星）定位系統10
2.4　紅外線定位技術12
2.4.1　被動式紅外線地標系統12
第三章　StarGazer紅外線感測器13
3.1　StarGazer紅外線感測器13
3.1.1　被動式地標(passive landmark)介紹13
3.1.2　StarGazer紅外線感測器結構15
3.2　StarGazer紅外線感測器運作模式17
3.2.1　StarGazer紅外線感測器基本設定19
3.2.2　獨立座標模式設定20
3.2.3　地圖座標模式設定21
3.3 　StarGazer紅外線感測器應用實例22
3.3.1 　Erica導覽機器人22
3.3.2 　Erica導覽機器人移動平台23
3.3.3 　Erica導覽機器人機械手臂24
3.3.4　Erica導覽機器人外殼27
3.3.5　Erica導覽機器人電力系統28
第四章　Arduino控制板30
4.1　Arduino控制板介紹30
4.1.1　Arduino控制板接腳說明31
4.1.2　微處理器33
4.2　Arduino控制板編譯軟體35
4.2.1　Arduino控制板編譯軟體介面介紹36
4.3　Arduino控制板應用實例41
第五章　清潔機器人之修改、整合與定位測試52
5.1　硬體架構52
5.2　系統架構修改、整合60
5.2.1　清潔機器人硬體修改61
5.2.2　StarGazer紅外線感測器安裝與整合63
5.2.3　清潔機器人定位之馬達控制65
5.2.4　讀取StarGazer紅外線感測器資料68
5.2.5　定位功能71
5.3　定位測試74
5.3.1　設定地標及定位範圍74
5.3.2　定位測試路徑規劃75
5.3.3　定位測試結果76
5.3.4　定位測試結果誤差80
第六章　研究與討論85
6.1　未來展望86
參考文獻87
簡歷88

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