本研究發展兩輪驅動機器人系統，機器人動態控制方面，將推導機器人車輪架構的運動拘束，並利用Lagrange形式推導動態方程式，以得到兩輪機器人的非完整拘束動態方程式。進而使用座標轉換方式進行動態方程式的狀態迴授控制。實作方面實現包括機器人的機構、影像擷取與處理、無線通訊、運動控制等。本研究所設計的機器人依據RoboCupSoccer中型機器人組的規格，在不需任何外援情況下，可以在未知環境下自主運作。機器人的迴授則利用全方位影像，使機器人自行辨識所處的環境狀況。

This research develops the robot system of two wheel drive. In the dynamic control of the robot, it will derive the wheel structure of the robot of kinetics constraint, and utilize Lagrange form to derive the dynamic equation in order to get nonholonomic dynamic equation of two-wheel robot. Following by using the coordinate changing to process state feedback control of dynamic equation. In the respect of realization, it includes the mechanism of the robot, image capture and processing, wireless communication, motion control etc. The designed robot of this research is based on the specification of medium-sized robot group of RoboCupSoccer. Without any foreign aid, the robot can operate independently under unknown environment. The feedback of the robot utilizes the omni-directional image, which makes the robot distinguish the environmental state that is in by oneself.

中文摘要	I
英文摘要	II
目錄	III
圖目錄	V
表目錄	VII
第一章 緒論	1
1.1 研究動機與目的	1
1.2 文獻探討	1
1.3 研究範圍	2
第二章 兩輪機器人運動控制	3
第三章 非完整拘束動態系統	5
3.1 運動拘束	5
3.2 機器人靜力學分析	8
3.3 機器人動態方程式	9
3.4 機器人運動控制器設計	12
第四章 兩輪移動機器人系統	13
4.1 系統架構	13
4.2 機器人本體機構設計	13
4.3 射門機構	14
4.4  8051控制電路板	15
4.5  ENCODER	17
4.6  DECODER模組	17
4.7  8051程式設計	20
4.8  傳輸命令格式設計	21
4.9  驅動電路	22
第五章 兩輪移動機器影像還原與實測	26
5.1 全方位視覺系統	26
5.2  PC-based控制系統	27
5.3 全方位視覺	28
5.4 影像廣角效應校正	30
第六章 機器人運動控制實測	35
6.1 相對位置設計	35
6.2 運動控制器實測	36
第七章 結果討論與未來研究方向	40
7.1 研究成果與討論	40
7.2未來研究方向	40
參考文獻	41
附錄A  CSDC-60型伺服馬達	43
附錄B  CSG系列減速機	45
附錄C  TLP250光偶合器	46
附錄D  IRFP250 MOSFET	47
附錄E  8051控制電路和驅動器	49
圖 目 錄
圖1.1  兩輪移動機器人之基本架構	2
圖2.1  機器人運動控制器	3
圖2.2  機器人動作模式	4
圖2.3  機器人移至球後動作	4
圖3.1  機器人基本架構座標圖	5
圖3.2  機器人輪子速度幾何關係	7
圖3.3  機器人自由體圖	9
圖3.4  輪子驅動系統的作用力圖	9
圖4.1  系統架構	13
圖4.2  機器人實物圖片	14
圖4.3  鋁擠型	14
圖4.4  射門機構	14
圖4.5  氣壓缸	14
圖4.6  8051系列單晶片微電腦內部之方塊圖	15
圖4.7  控制系統流程圖	16
圖4.8  HCTL-2032的外觀圖	18
圖4.9  簡化的內部邏輯電路圖	18
圖4.10  HCTL2032介面電路	19
圖4.11  8051控制程式流程圖	20
圖4.12  數位命令編碼格式	21
圖4.13  由於功率晶體引起的臂間短路	22
圖4.14  Dead Time短路保護電路	22
圖4.15  Dead Time電路圖	23
圖4.16  Dead Time訊產產生流程圖	23
圖4.17  電壓隔絕放大電路	24
圖4.18  光偶合器電路	24
圖4.19  H橋	25
圖4.20  MOSFET所組成的H-電橋	25
圖5.1  MapCam 360	26
圖5.2  MapCam可視範圍圖	26
圖5.3  GRAND AV 影音擷取盒	26
圖5.4  EPIA TC主機板	27
圖5.5  EPIA TC主機板尺寸	27
圖5.6  球面凸鏡與透鏡搭配投影	29
圖5.7  鏡頭歪斜	30
圖5.8  影像失真圖	30
圖5.9  實際圓形定位標記分佈位置	31
圖5.10  影像圓形定位標記分佈位置	31
圖5.11  圓形標記點實際座標	31
圖5.12  實際座標距離與影像座標距離	32
圖5.13  多項式擬合圖	33
圖5.14  圓形標記點像素座標	34
圖5.15  圓形標記點還原座標	34
圖6.1  機器人四周場景	35
圖6.2  機器人四周場景簡化圖	36
圖6.3  機器人實際位置圖	36
圖6.4  影像紀錄點	37
圖6.5  影像紀錄點	37
圖6.6  機器人運行圖	38
圖6.7  機器人運行圖	39 
表 目 錄
表4.1  氣壓缸規格表	14
表4.2  MCS-51系列常用編號之內部結構	16
表4.3  HCTL-2032資料傳輸模式	19
表5.1  距離的方均根誤差	33

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