本論文應用模糊控制概念與滑移率提出一個模糊循跡控制系統，並應用全方位移動型機器人平台模擬，在全方位移動型機器人的輪子機構設計上。本論文將鋁合金全向輪安裝在馬達軸上，可直接減少馬達與輪子組裝的長度。而全向輪選用橡膠材質的小輔輪，也可增加輪子與地面的摩擦力。另外本論文推導三輪之全方位移動型機器人的運動模型，並以逆運動學模型回推機構對運動模型的影響，進而設計出一個模糊控制器來控制馬達的加減速。如此一來便可依據機器人的移動向量之命令與馬達速度回授值來判斷機器人是否有依循目標軌跡前進。若出現速度回授值變化量太大發生打滑的狀況，則降低模糊控制器的輸出命令來減少機器人滑動的距離，讓機器人以最短的時間重回目標軌跡上。從模擬結果可知，所提之模糊循跡控制系統確實可以有效的減少偏移量，使機器人能以更平穩且更快速的往目標方向移動。

In this work, fuzzy traction control system is designed by using fuzzy control and slip ratio, and apply the simulation of Omnidirectional Mobile Robot Platform to wheel Mechanism design. The aluminum alloy omnidirectional wheels are installed at motor shaft, which directly reduce the length of combination of motors and wheels. Besides, rubber assistant wheels are chosen to set on omnidirectional wheels, the friction with the ground can be therefore increased. In addition, Kinematics model of three wheel-drive omnidirectional mobile robot is derived in this work, and calculates the effect between robot mechanism and kinematics model by inverse kinematics model. Therefore the target trajectory can be confirmed by motion vector command and motor feedback. If the slip happened which causes the feedback change value of velocity is too large, the output commend from fuzzy controller could be reduced to minimize the slip distance, which allows robot can return to its target trajectory as soon as possible. Finally, the simulation results show that this fuzzy traction control system is affectively reduce the offset, and makes the robot moving faster and more smoothly.

目錄
目錄	I
圖目錄	III
表目錄	VI
第一章　序論	1
1.1　研究背景與動機	1
1.2　論文架構	3
第二章　全方位移動型機器人介紹	4
2.1　前言	4
2.2　全方位移動型機器人系統架構	6
2.2.1 影像系統	6
2.2.2 核心系統	10
2.2.3 馬達控制系統	11
第三章　全方位移動型機器人機構設計	19
3.1　機構設計與材質選擇	20
3.2　全向輪機構設計	22
3.3　全向輪連接機構	26
3.4　底盤機構設計	29
3.5　攝影機機構設計	31
第四章　模糊循跡控制系統設計與運動模型	34
4.1　運動模型建立與分析	34
4.1.1 理想運動模型	34
4.1.2 實際運動模型	35
4.1.3 雙層全向輪對機器人平移影響	36
4.1.4 雙層全向輪對機器人旋轉影響	37
4.1.5 馬達數學模型	40
4.2　模糊循跡控制系統設計	45
4.2.1 模糊控制器	46
4.2.2 循跡控制器	50
第五章　模擬與實驗結果	55
第六章　結論與未來展望	63
參考文獻	64
獲獎經歷	67

圖目錄
圖1.1、各類型機器人需求圖	1
圖1.2、市場需求預測圖	2
圖2.1、硬體架構圖	6
圖2.2、全方位視覺系統硬體外觀	7
圖2.3、全向鏡影像擷取圖	8
圖2.4、全方位影像系統成像原理	8
圖2.5、估測目標物距離之示意圖	9
圖2.6、兩物體與機器人中心所構成的夾角	10
圖2.7、DE1-SoC實體圖	12
圖2.8、maxon公司所推出之馬達驅動轉接板	16
圖2.9、馬達驅動轉接板電路設計圖	16
圖2.10、馬達驅動轉接板成品比較圖	17
圖2.11、降壓電路圖	18
圖2.12、馬達控制系統	18
圖3.1、機構設計流程圖	19
圖3.2、市售全向輪實體圖	23
圖3.3、SolidWorks全向輪設計圖	24
圖3.4、SolidWorks全向輪側視圖	25
圖3.5、SolidWorks自製全向輪爆炸圖	25
圖3.6、SolidWorks馬達固定座設計圖	26
圖3.7、自製全向輪實體圖	27
圖3.8、SolidWorks輪組設計圖	28
圖3.9、SolidWorks支架設計圖	29
圖3.10、SolidWorks整體機構上視圖	30
圖3.11、SolidWorks整體機構前視圖	31
圖3.12、SolidWorks攝影機支撐架設計圖	31
圖3.13、SolidWorks攝影機固定架設計圖	32
圖3.14、SolidWorks機構設計圖	33
圖3.15實體機構圖	33
圖4.1、理想三輪運動模型圖	34
圖4.2、全方位移動型機器人平移示意圖	36
圖4.3、全方位移動型機器人旋轉示意圖	37
圖4.4、全向輪中心與內外輪距離	38
圖4.5、馬達等效電路圖	40
圖4.6、馬達數學模型方塊圖	41
圖4.7、馬達有負載數學模型方塊圖	42
圖4.8、馬達數學模型模擬圖	44
圖4.9、全方位移動型機器人控制流程圖	45
圖4.10、模糊循跡控制系統方塊圖	46
圖4.11、模糊控制器輸入與輸出變數	47
圖4.12、輸入變數e的模糊歸屬函數圖	48
圖4.13、輸出變數o的模糊歸屬函數圖	49
圖4.14、滑移率與摩擦係數對應曲線	51
圖4.15、滑移率模擬圖(一)	52
圖4.16、滑移率模擬圖(二)	53
圖4.17、TCS流程圖	54
圖5.1、機器人移動路徑	56
圖5.2、馬達數學模型加入摩擦力模擬圖(一)	57
圖5.3、馬達數學模型加入摩擦力模擬圖(二)	58
圖5.4、模糊循跡控制系統模擬圖	60
圖5.5、三輪模糊循跡控制系統模擬圖(前進)	61
圖5.6、模糊控制器修正移動打滑模擬圖	62
圖5.7、模糊循跡控制系統修正移動打滑模擬圖	62

表目錄
表2.1、實驗室歷年所研製移動型機器人系統表	5
表2.2、工業電腦規格表	11
表2.3、馬達規格表	14
表2.4、減速機規格表	15
表2.5、編碼器規格表	15
表3.1、鋁合金物理特性	21
表3.2、鋁合金基本特性	21
表3.3、鋁合金化學成份(%)	22
表3.4、鋁合金5052與6061對照表	22
表3.5、全向輪安裝比較表	28
表4.1、馬達模型參數名稱表	42
表4.2、模糊規則庫(數值表示法)	49
表5.1、三輪運動速度偏差表	55
表5.2、實驗模擬之參數值	59

參考文獻
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