系統識別號 | U0002-0808200512504900 |
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DOI | 10.6846/TKU.2005.00108 |
論文名稱(中文) | 全方位移動機器人之機構與驅動設計 |
論文名稱(英文) | Mechanism and Drive Design for an Omni-directional Mobile Robot |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 機械與機電工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 93 |
學期 | 2 |
出版年 | 94 |
研究生(中文) | 黃勻良 |
研究生(英文) | Yung-Liang Huang |
學號 | 692342487 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2005-07-28 |
論文頁數 | 70頁 |
口試委員 |
指導教授
-
王銀添(ytwang@mail.tku.edu.tw)
委員 - 張文中(wchang@ntut.edu.tw) 委員 - 劉昭華(chaohwa@mail.tku.edu.tw) |
關鍵字(中) |
足球機器人系統 全方位機器人 PID控制 機構設計 |
關鍵字(英) |
Soccer Robot Systems Omni-directional Mobile Robot PID Control Mechanism Design |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本研究依據RoboCup小型機器人足球比賽的規格,設計一套全方位移動機器人系統,包含了機器人機構設計、驅動電路設計、與機器人的運動控制器設計。首先,針對近幾年本實驗室所設計的機器人做機構上的改良設計,包含持球機構與射門機構,以及新車體的設計。其次,針對近幾年機器人驅動機構的趨勢,設計全方位移動機器人。並且推導全方位移動機器人的動態方程式,用以設計機器人運動控制器。最後,以8051設計機器人的驅動電路板。整合的系統在RoboCup規格的球場上進行機器人測試,結果顯示符合預期的設計功能。 |
英文摘要 |
In this thesis, an omni-directional soccer robot system is designed based on the regulation of RoboCup small-size league, which includes design of mechanism, driving circuit, and motion controller. First of all, the dribbling and kicking mechanisms of soccer robots designed in last few years in this laboratory are improved, and also remodeled the body. Secondly, it devises an omni-directional robot to follow the trend of driving mechanism of robotics. The dynamic equations of the omni-directional robot are also derived, and then a PID motion controller is designed based on these dynamic equations. Finally, it uses 8051 to sketch the driving circuit of the robot. The integrated system is tested on a RoboCup soccer field, and the results conform to the expected functions. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 目錄 Ⅲ 圖目錄 Ⅵ 表目錄 Ⅸ 第1章 緒論 1 1.1研究動機與研究目的 1 1.2文獻探討 1 1.3研究範圍與論文架構 2 第2章 機器人機構設計 3 2.1機器人本體機構設計 3 2.2射門機構設計 5 2.3持球機構設計 7 2.4持球機構與射門機構的配裝與測試 11 2.5全方位移動機器人機構設計 12 第3章 全方位移動機器人的動態模式 18 3.1機器人運動學分析 18 3.2機器人靜力學分析 21 3.3機器人運動控制器設計 22 3.4機器人的動態模式 23 3.5機器人動態控制設計 26 第4章機 機器人驅動器設計 28 4.1機器人驅動電路板規劃 28 4.2 PWM訊號規劃 29 4.3光耦合隔離電路 33 4.4 7291驅動晶片 34 4.5 RF無線傳輸電路 36 4.6電源電路以及LED顯示電路 38 4.7硬體控制語言 40 4.8命令格式規劃 41 第5章 實測與結果分析 43 5.1直流馬達測試 43 5.2影像伺服控制的測試架構 49 5.3機器人開迴路控制測試 49 5.3.1機器人開迴路控制測試 49 5.3.2機器人沿y軸方向路徑直行 50 5.3.3機器人位置固定不動,角度順時針旋轉 50 5.3.4機器人繞圓形行走 50 5.3.5機器人開迴路控制結論探討 50 5.4機器人PID閉迴路測試 53 5.4.1機器人沿x軸方向路徑行走 54 5.4.2機器人沿y軸方向路徑行走 54 5.4.3機器人位置固定不動,角度從0度旋轉至120度 54 5.5測試結果討論 55 第6章 結論與建議 57 6.1研究結果討論 57 6.2未來研究方向 57 參考文獻 59 附錄A 全方位輪相關資料 61 附錄B 機體座標動態方程式推導 62 附錄C 場地座標動態方程式推導 65 附錄D 直流馬達相關資料 69 圖目錄 圖2.1 2003年版足球機器人 3 圖2.2 邊牆卡死 4 圖2.3角落卡死 4 圖2.4 2004年版足球機器人 4 圖2.5 2004年版足球機器人實體圖 5 圖2.6 2002年版射門機構示意圖 6 圖2.7 2003年版射門機構示意圖 6 圖2.8 2004年版射門機構示意圖 6 圖2.9 2004年版射門機構實際圖 7 圖2.10 2002年版持球機構式意圖 8 圖2.11 2003年版持球機構示意圖 8 圖2.12夾角過大時,球被過度吸附 9 圖2.13夾角過小時,球不易吸附 9 圖2.14夾角等於45度時,吸附效果最好 10 圖2.15 2004年版持球機構示意圖 10 圖2.16 2004年版持球機構實際圖 11 圖2.17 2004年版足球機器人 11 圖2.18 2003年版足球機器人(左)、2004年版足球機器人(右) 12 圖2.19 轉換輪(Transwheel)所組成的全方位輪 13 圖2.20全方位機器人底盤 14 圖2.21全方位機器人的機構圖 14 圖2.22全方位機器人實體圖 15 圖2.23全方位機器人正面圖 15 圖2.24全方位機器人背面圖 16 圖2.25全方位機器人內部圖 16 圖2.26全方位機器人底層圖 17 圖3.1全方位移動機器人基本架構座標圖 19 圖3.2全方位移動機器人輪子速度幾何關係 21 圖3.3全方位移動機器人自由體圖 22 圖3.4運動控制器 23 圖3.5輪子驅動系統的作用力圖 24 圖3.6 PID控制器 26 圖4.1全方位機器人的驅動電路架構 28 圖4.2責任週期示意圖 29 圖4.3不同PWM示意圖 29 圖4.4 PWM週期中斷程式 30 圖4.5三組PWM週期中斷程式 31 圖4.6 PC817單顆馬達時輸入端的PWM訊號 31 圖4.7 PC817單顆馬達時輸出端的PWM訊號 32 圖4.8三顆馬達時PC817輸入端的PWM訊號 32 圖4.9三顆馬達時PC817輸出端的PWM訊號 33 圖4.10光偶合器隔離電路 34 圖4.11 SHARP PC817內部示意圖 34 圖4.12 TA7291P內部構造圖與腳位規劃 35 圖4.13 TA7291P馬達驅動電路 36 圖4.14位準轉換晶片MAX232示意圖 37 圖4.15電路板端無線傳輸電路(接收端) 37 圖4.16電腦端無線傳輸電路(輸出端) 38 圖4.17 LED顯示電路 38 圖4.18電源電路 38 圖4.19電腦端電路板 39 圖4.20機器人電路板 40 圖4.21 89C51控制程式流程圖 41 圖4.22 89C51命令編碼格式 42 圖5.1馬達特性曲線圖 43 圖5.2週期755us時馬達特性曲線圖 44 圖5.3週期1550us時馬達特性曲線圖 45 圖5.4週期3100us時馬達特性曲線圖 45 圖5.5週期4650us時馬達特性曲線圖 46 圖5.6週期6200us時馬達特性曲線圖 46 圖5.7週期7550us時馬達特性曲線圖 47 圖5.8馬達1各種週期與圖4.1馬達1比較 47 圖5.9馬達2各種週期與圖4.1馬達2比較 48 圖5.10馬達3各種週期與圖4.1馬達3比較 48 圖5.11顏色標籤示意圖(0號車) 49 圖5.12機器人x軸平移位置座標圖 51 圖5.13機器人y軸直行位置座標圖 52 圖5.14機器人位置固定不動,角度順時針旋轉 52 圖5.15機器人繞圓形行走 53 圖5.16機器人PID控制器 53 圖5.17機器人x軸移動位置-時間座標圖 55 圖5.18機器人y軸移動位置-時間座標圖 56 圖5.19機器人位置固定不動,角度旋轉-時間座標圖 56 圖附錄D.1 2052-3/8X CAT-TRAK 61 表目錄 表4.1 腳位規劃 35 表4.2 TA7291P真值表 35 |
參考文獻 |
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