本論文之目的是設計一個輪型機器人的模糊增益控制器(模糊控制器)，完成具有轉彎及避障能力的智慧型運動規劃；在模糊控制器中，將右輪X軸輸入脈波與左輪Y軸輸入脈波輸入至模糊控制器，再利用模糊控制器輸出控制增益值，因為轉彎所產生的速度差值為馬達控制命令的依據之ㄧ，所以將增益值與速度差值輸入馬達控制器，完成驅動輪型機器人達到轉彎或避障的規劃動作。
     輪型機器人包括車體主結構，驅動元件、輪胎、傳動機構及機電整合設計與製作。輪型機器人使用兩顆直流伺服馬達來帶動，距離感測器訊號回傳至I/O板，經由模糊增益控制系統進行路徑運動控制，以利後續機器人應用。
     結果顯示模糊增益控制器在Matlab Toolbox的數值模擬證明可行，避障實驗實現模糊增益控制系統使輪型機器人平順避開障礙物，而路徑規劃實驗成功完成預期規劃的運動行為。

The objective of this thesis is to design a fuzzy controller for a mobile robot. The robot will be able to change moving direction and avoid obstacles during the motion based on its intelligent controller. 
 In the fuzzy controller, the input signals are X-axis pulse (right wheel) and Y-axis pulse (left wheel) and the output signal is control gain of motors. The path planning of the obstacle avoidance is determined by Fuzzy theory base on the control gain and the velocity different between two wheels.
     The research work includes the mechanical components design and manufacturing, structure analysis and simulation, choosing of electrical motors, drivers and battery, controller design, and electromechanical system integration. The system composes two servo-motors, and four distance sensors, I/O board and a developed Fuzzy gain control systems. The path planning is designed by the integration of all these hardware components and software control program in a PC.
     The simulation of this developed fuzzy controller is able to create a control gain for the mobile robot by using Matlab Toolbox. The experimental results of both obstacle avoidance and path planning show that this mobile robot work very well.

目錄
淡江大學論文提要..................................................................................Ⅰ
英文提要..................................................................................................Ⅱ
目錄..........................................................................................................Ⅳ
符號表......................................................................................................Ⅵ
圖表目錄..................................................................................................Ⅶ
第一章 緒論..............................................................................................1
   1-1 前言...............................................................................................1
   1-2 目的...............................................................................................1
   1-3 相關研究.......................................................................................4
第二章 基礎理論....................................................................................10
   2-1 模糊理論.....................................................................................24
      2-1-1 模糊化...............................................................................12
      2-1-2 知識庫...............................................................................12
      2-1-3 決策邏輯...........................................................................13
      2-1-4 解模糊化...........................................................................14
      2-1-5 模糊控制器的特點...........................................................15
      2-1-6 模糊控制工具箱(Fuzzy Toolbox).....................................15
第三章 系統架構與硬體規劃................................................................20
   3-1 系統架構.....................................................................................20
   3-2 動力系統與改良.........................................................................21
   3-3 串列通訊介面(RS232)...............................................................24
第四章 實驗驗證....................................................................................26
   4-1 實驗環境.....................................................................................26
   4-2 運動控制分析.............................................................................27
       4-2-1 運動控制流程.................................................................28
         4-2-2 模糊控制器設計..............................................................30
       4-2-3 模糊化.............................................................................31
       4-2-4 規則庫.............................................................................33
       4-2-5 解模糊化.........................................................................34
   4-3 模糊控制模擬結果.....................................................................34
   4-4 教導式路徑規畫.........................................................................38
4-5 模糊控制實驗.............................................................................40
第五章 結論與討論................................................................................49
   5-1 結論.............................................................................................49
   5-2 討論.............................................................................................50
參考文獻..................................................................................................52
附錄：硬體特性表....................................................................................56
             符號表
    ：模糊控制器的輸出量
    ：第 個控制規則命題部的適合程度
    ：第 個控制規則推論部歸屬函數中心對應值
  		：模糊規則庫中的規則數目
  		：模糊控制器之輸出
 		：X軸脈波論域最小值
 		：X軸脈波論域最大值
 		：Y軸脈波論域最小值
 		：Y軸脈波論域最大值
    ：控制器單位參數(1 SC=500 Pulse) 












             圖表目錄
圖1-1 系統整合架構流程示意圖............................................................3
圖1-2 履帶機器人SWORD外觀[30]......................................................5
圖1-3 機器人Enryu T-52外觀圖[31]......................................................6
圖1-4 工程人員正在進行遠端操作[31]..................................................6
圖1-5 居家保全機器人外觀圖[6] ...........................................................7
圖1-6 居家保全機器人的系統架構圖[5] ...............................................8
圖1-7 機器人示意圖................................................................................9
圖2-1 模糊控制器..................................................................................11
圖2-2 輸入/輸出變數介面設定圖.........................................................17
圖2-3 歸屬函數介面設定圖..................................................................18
圖2-4 模糊控制器規則庫......................................................................19
圖3-1 系統架構圖..................................................................................20
圖3-2 直流伺服馬達..............................................................................21
圖3-3 時規皮帶與時規齒輪..................................................................22
圖3-4 單一接觸點承載扭力毀損..........................................................22
圖3-5 馬達齒輪箱..................................................................................23
圖3-6 時規齒輪......................................................................................23
圖3-7 滑鍵置入示意圖..........................................................................23
圖3-8 軸與齒輪組合圖..........................................................................23
圖3-9 通訊模式示意圖..........................................................................24
圖4-1 自走車行經靜止障礙示意圖......................................................29
圖4-2 控制系統方塊圖..........................................................................30
圖4-3 自走車控制器X軸輸入歸屬函數..............................................32
圖4-4 自走車控制器Y軸輸入歸屬函數..............................................32
圖4-5 自走車增益控制器輸出歸屬函數..............................................33
圖4-6 模糊控制器之輸入輸出關係圖..................................................35
圖4-7 增益控制器之增益值關係圖......................................................36
圖4-8 增益控制器之input1- output1平面圖.........................................37
圖4-9 增益控制器之input2- output1平面圖.........................................37
圖4-10 紅色按鈕觸碰之路徑規劃圖....................................................38
圖4-11 紅色按鈕觸碰之實驗照片........................................................40
圖4-12 測試環境示意圖........................................................................42
圖4-13 模糊控制實驗照片....................................................................44
圖4-14 避障測試環境示意圖................................................................46
圖4-15 模糊控制避障實驗照片............................................................48
圖A1 編碼器之腳位圖...........................................................................56
圖A2 馬達特性圖...................................................................................56

圖A3 馬達軸心設計圖...........................................................................57


表3-1 腳位定義......................................................................................25
表4-1 迴轉半徑60cm實驗數據............................................................27
表4-2 迴轉半徑60cm實驗數據............................................................27
表4-3 迴轉半徑60cm實驗數據............................................................27
表4-4 增益控制器規則表......................................................................33
表4-5 硬體限制表..................................................................................41
表5-1 比較差異表..................................................................................51

參考文獻
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