淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-2408200913281300
中文論文名稱 差速驅動機器人系統之視覺輔助行為式運動控制
英文論文名稱 Vision-assisted Behavior-based Motion Control for a Differential-Drive Mobile Robot System
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 姚力瑋
研究生英文姓名 Li-Wei Yao
學號 696370609
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-07-29
論文頁數 48頁
口試委員 指導教授-王銀添
委員-張文中
委員-劉昭華
中文關鍵字 差速驅動機器人  運動控制  粒子過濾器  機器人自我定位 
英文關鍵字 Differential-drive mobile robot  motion control  particle filter  robot self-localization 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究將以差速驅動機器人的動態模型為基礎,設計與實現運動控制器與行為式控制器,提供機器人在已知環境中的建立地圖與自我定位之用。研究的內容包括四個部份,分別是差速驅動機器人動態運動控制、機器人行為式控制、建立機器人運動模組、以及系統整合與功能測試等。發展的行為式運動控制將應用在具備全方位視覺的差速驅動機器人系統上。
英文摘要 Based on the dynamic model of differential-drive mobile robot, the motion controller and behavior-based controller are designed and implemented in this research, and further provided for the robot self-localization and mapping in a known environment. The research includes four parts, namely, the dynamic motion control of differential-drive mobile robot, the behavior-based control for the robot, the motion model of the mobile robot, system integration and experiments. The developed behavior-based motion controller will be applied to the differential-drive mobile robot with omnidirectional vision.
論文目次 目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
第一章 序論 1
1.1 研究計畫之背景與目的 1
1.2 研究範圍 1
1.3 文獻探討 1
第二章 機器人運動控制 3
2.1 動力方程式 3
2.2 機器人的運動模型 5
2.3 機器人追蹤行為控制 6
2.4 機器人自我定位方法 7
第三章 機器人機電整合系統 9
3.1 階層式與分散式混合控制架構規劃 10
3.2 PC-based策略運動控制器 12
3.2.1 傳輸介面 12
3.2.2 傳輸命令格式規劃 13
3.2.3 傳輸命令設計 14
第四章 實驗結果與分析 18
4.1 點到點運動控制實測 18
4.1.1 逆動力學控制 18
4.1.2 Lyapunov控制 21
4.2 多邊形路徑追蹤控制實測 23
4.2.1 逆動力學控制 24
4.2.2 Lyapunov控制 25
4.2.3 切換控制 26
4.3 粒子過濾器自我定位 28
第五章 研究成果與建議 38
5.1 研究成果 38
5.2 未來研究方向 38

參考文獻 39
附錄A 粒子過濾器自我定位方法 41
附錄B PIC 控制器 44
附錄C FT232RL晶片 46
附錄D 兩輪自主機器人系統參數 47

圖目錄
圖1.1(a) 機器人群隊 1
圖1.1(b) 機器人群隊合作搬運 1
圖2.1 機器人基本架構座標圖 5
圖2.2 機器人路徑行為控制示意 7
圖3.1 機器人機電整合系統架構 10
圖3.2 階層式與分散式機器人控制系統架構 10
圖3.3 系統控制器完整電路說明 11
圖3.4 系統中傳送之命令 12
圖3.5 PIC馬達驅動控制器電路成品 12
圖3.6 RS232通訊協定格式 13
圖3.7 非負載測試 14
圖3.8 負載測試 14
圖3.9 馬達非負載時之命令折線圖 16
圖3.10 馬達負載時之命令折線圖 17
圖4.1 非負載時之運動軌跡 19
圖4.2 負載時之運動軌跡 19
圖4.3 實際測試過程影片截圖 19
圖4.4 非負載時之運動軌跡 20
圖4.5 負載時之運動軌跡 20
圖4.6 實際運動過程截圖 21
圖4.7 非負載時之運動軌跡 22
圖4.8 負載時之運動軌跡 22
圖4.9 實際運動過程截圖 23
圖4.10 非負載時之運動軌跡 24
圖4.11 負載時之運動軌跡 24
圖4.12 實際運動過程截圖 25
圖4.13 非負載時之運動軌跡 26
圖4.14 負載時之運動軌跡 26
圖4.15 非負載時之運動軌跡 26
圖4.16 負載時之運動軌跡 26
圖4.17 非負載時之運動軌跡 27
圖4.18 負載時之運動軌跡 27
圖4.19 實際運動過程截圖 28
圖4.20 實際場地 29
圖4.21粒子過濾器自我定位移動示意圖 30
圖4.22(a) 初始位置影像 30
圖4.22(b) 右移第一次影像 30
圖4.22(c) 右移第二次影像 30
圖4.22(d) 右移第三次影像 30
圖4.22(e) 右移第四次影像 31
圖4.22(f) 右移第五次影像 31
圖4.22(g) 右移第六次影像 31
圖4.22(h) 左移第一次影像 31
圖4.22(i) 左移第二次影像 31
圖4.22(j) 左移第三次影像 31
圖4.22(k) 左移第四次影像 31
圖4.22(l) 左移第五次影像 31
圖4.22(m) 左移第六次影像 32
圖4.23(a) 初始位置場地狀態 32
圖4.23(b) 右移第一次場地狀態 32
圖4.23(c) 右移第二次場地狀態 32
圖4.23(d) 右移第三次場地狀態 32
圖4.23(e) 右移第四次場地狀態 32
圖4.23(f) 右移第五次場地狀態 32
圖4.23(g) 右移第六次場地狀態 33
圖4.23(h) 左移第一次場地狀態 33
圖4.23(i) 左移第二次場地狀態. 33
圖4.23(j) 左移第三次場地狀態 33
圖4.23(k) 左移第四次場地狀態 33
圖4.23(l) 左移第五次場地狀態 33
圖4.23(m) 左移第六次場地狀態 33
圖4.24粒子過濾器自我定位移動示意圖 34
圖4.25(a) 初始位置影像 34
圖4.25(b) 移動位置1影像 34
圖4.25(c) 移動位置2影像 34
圖4.25(d) 移動位置3影像 34
圖4.25(e) 移動位置4影像 35
圖4.25(f) 移動位置5影像 35
圖4.25(g) 移動位置6影像 35
圖4.25(h) 移動位置7影像 35
圖4.25(i) 移動位置8影像 35
圖4.25(j) 移動位置9影像 35
圖4.26(a) 初始位置時場地狀態 35
圖4.26(b) 移動位置1時場地狀態 35
圖4.26(c) 移動位置2時場地狀態 36
圖4.26(d) 移動位置3時場地狀態 36
圖4.26(e) 移動位置4時場地狀態 36
圖4.26(f) 移動位置5時場地狀態 36
圖4.26(g) 移動位置6時場地狀態 36
圖4.26(h) 移動位置7時場地狀態 36
圖4.26(i) 移動位置8時場地狀態 36
圖4.26(j) 移動位置9時場地狀態 36
圖4.27 實際運動軌跡與粒子過濾器自我定位軌跡狀態 37
圖A.1 重新取樣流程 43
圖B.1 PIC18F4431晶片腳位圖 44
圖B.2 Timer1 45
圖B.3 Timer2 45
圖B.4 馬達編碼器模組 45
圖C.1 FT232RL晶片腳位圖 46
圖C.2 FT232RL晶片規格 46
圖D.1 圓盤 47
圖D.2 機器人本體 48

表目錄
表3.1 命令格式 13
表3.2 命令格式 14
表3.3 馬達正轉時傳輸命令設計(非負載) 15
表3.4 馬達反轉時傳輸命令設計(非負載) 15
表3.5 馬達正轉時傳輸命令設計(負載) 15
表3.6 馬達反轉時傳輸命令設計(負載) 16
表D.1 兩輪自主機器人系統參數 47
參考文獻 [1] Barraquand, J., and J.C. Latombe, 1989, On nonholonomic mobile robots and optimal maneuvering, Proceedings of the IEEE International Symposium on Intelligent Control, pp.340-347.
[2] Bloch, A.M., M. Reyhanoglu and N.H. McClamroch, 1992, Control and Stabilization of Nonholonomic Dynamic Systems, IEEE Transactions on Automatic Control, vol.37, no.11, pp.1746-1757.
[3] Campion, G., B. d’Andrea-Novel and G. Bastin, 1990, Controllability and State Feedback Stability of Nonholonomic Mechanical Systems, In Advanced Robot Control, Proceedings of International Workshop in Adaptive and Nonlinear Control: Issues in Robotics, pp.106-124, Grenoble.
[4] Coulaud, J.-B., G. Campion, G. Bastin, and M. De Wan, 2006, Stability Analysis of a Vision-Based Control Design for an Autonomous Mobile Robot, IEEE Transactions on Robotics, vol.22, no.5, pp.1062-1069.
[5] Dellaert, F., D. Fox, W. Burgard, and S. Thrun, 1999, Monte Carlo Localization for Mobile Robots, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA99).
[6] Hespanha, J.P., and A.S. Morse, 1999, Stabilization of nonholonomic integrators via logic-based switching. Automatica, 35:385-393.
[7] Kalman, R.E., 1960, A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems, ASME Journal of Basic Engineering, vol.82, pp.35-45.
[8] Laumond, J.P., 1986, Feasible trajectories for mobile robots with kinematic and environment constraints, Proceeding of International Conference on Intelligent Autonomous Systems, pp.346-354.
[9] Lee, D., 2007, Passivity-Based Switching Control for Stabilization of Wheeled Mobile Robots, Proceedings of Robotics Science and Systems Conference.
[10] Liu, J.S., R. Chen, and T. Logvinenko, 2001, A theoretical framework for sequential importance sampling and resampling, In A. Doucet, N de Freitas, and N.J. Gordon, editiors, Sequential Monte Carlo in Practice.springer-verlag.
[11] Ma, Y., J. Kosecka, and S.S. Sastry, 1999, Vision Guided Navigation for a Nonholonomic Mobile Robot, IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol.15, no.3, pp.521-536.
[12] Rekleitis, 2004, A Particle Filter Tutorial for Mobile Robot Localization, Technical Report. TR-CIM-04-02, Centre for Intelligent Machines, McGill University, Montreal, Quebec, Canada.
[13] Shim, H.-S., J.-H. Kim, and K. Koh, 1995, Variable structure control of nonholonomic wheeled mobile robots, in Proceeding IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1694-1699.
[14] Slotine, J.-J.E., and W. Li, 1991, Applied nonlinear control, Prentice-Hall.
[15] Walpole, R.E., and R.H. Myers, 1993, Probability and statistics for engineers and scientists, Prentice-Hall.
[16] Yang, J.M., and J.H. Kim, 1999, Sliding Mode control for trajectory tracking of Nonholonomic Wheeled Mobile Robots, IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol.15, no.3, pp.578-587.
[17] 張峰銘,2004,中型機器人設計製作,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文。
[18] 蔡爾傑,2005,兩輪移動機器人之控制與驅動設計,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文。
[19] 陳添義,2006,具全方位視覺之兩輪足球機器人的追蹤控制,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文。
[20] 陳俊隆,2007,以FPGA設計兩輪自主機器人之行為式控制系統,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文。
[21] 謝睿仁,2008,自主式校園導覽機器人之自我定位與運動控制,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文。
[22] 黃禹文,2009,視覺式機器人自我定位與移動物體的狀態估測,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文。
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2011-08-25公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2011-08-25起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信