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系統識別號 U0002-2506201015180900
中文論文名稱 四節機器人之DSP控制系統設計
英文論文名稱 DSP Control System Design of the Four-Link Robot
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 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 廖建偉
研究生英文姓名 Jian-Wei Liao
學號 696371979
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-22
論文頁數 77頁
口試委員 指導教授-楊智旭
委員-張士行
委員-王銀添
委員-楊智旭
中文關鍵字 四節機器人  數位訊號處理器(DSP)  類神經網路  模糊理論 
英文關鍵字 Four-Link Robot  DSP  Artificial Neural Network(ANN)  Fuzzy Control 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本論文主要目的是以DSP控制晶片作為控制核心,探討四節機器人的爬行運動控制及實現。此機器人之機構為長短左右對稱,由內側較長、外側較短的四節連桿及三個直流伺服馬達組成,控制部份主要採用DSP控制軟體操作介面,硬體方面包含四節機構、直流伺服馬達、馬達驅動器、編碼器、數位訊號處理器(DSP)的整合。在爬行動作規劃時,機器人之重心目標位置與各個馬達目標角度及速度是判斷其動態平衡的重要因素。研究中,先利用類神經網路演算法訓練來達成爬行動態平衡規劃,同時以模糊理論來對機構爬行動作的重心位置作修正,使機構重心保持在平衡穩定範圍內,完成四節機器人之爬行動作,達到向前爬行移動的目的。
實驗過程中首先於個人電腦設計四節機器人之爬行動作規劃,再配合類神經網路訓練及模糊理論來完成平衡動作與爬行時重心前後偏移的模擬。最後,完成模擬結果及四節機器人爬行動作的具體實現。
英文摘要 The objective of this thesis is to develop a four-link robot to crawl on a horizontal flat surface smoothly by the DSP chip. The robot is composed of four unequal-length links and three DC servo motors. The length of this robot is symmetric with respect to the second joint. The inside links are long, and outside links are short. The hardware of this system includes four-link mechanism, DC servo motors, motor drivers, encoders, digital signal process (DSP) board. The center of gravity (COG) of the robot is an important factor in the crawling processes. The robot is trained to crawl by the angles and the angular velocities of motors by using the ANN algorithm. The fuzzy theory is applied to design controller for the robot, which make the center of gravity (COG) of this robot maintain in the stable region.
In the experiment process, the sequence of crawling behaviors of the four-link robot is designed and assigned by a developed software program in a PC. Then, the center of gravity (COG) of the robot is controlled to crawl stably by the artificial neural network (ANN) and the fuzzy theory. Finally, the developed robot is able to crawl smoothly on a horizontal flat surface.
論文目次 目錄
論文提要 I
英文提要 II
目錄 IV
圖表目錄 VI
符號表 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 3
第二章 基礎理論 7
2-1 重心計算 7
2-2 類神經網路 8
第三章 系統架構與研究方法 18
3-1 系統架構 18
3-2 研究方法 26
3-2-1 DSP及馬達驅動器控制 26
3-2-2 爬行動作規劃 30
3-3 控制器設計 36
第四章 實驗與模擬結果 45
4-1 實驗說明 45
4-2 模擬結果 46
4-3 爬行實驗 48
第五章 結論與討論 55
5-1 結論 55
5-2 討論 55
參考文獻 57
附錄A 類神經網路簡介 62
附錄 B Fuzzy Tool Box 71
附錄 C 硬體設備規格 75

圖表目錄
圖2-1 四節機器人第一節重心計算變數示意圖 8
圖2-2 生物神經元與人工神經元差異圖 9
圖2-3倒傳遞類神經網路模型 12
圖2-4 模糊系統的基本架構圖 14
圖2-5 單一規則、單一變數的推論過程 16
圖3-1 四節機器人硬體規格圖 19
圖3-2 四節機器人實體圖 19
圖3-3 馬達實體圖 20
圖3-4 馬達驅動器實體圖 21
圖3-5 TMS320F2812功能方塊圖 23
圖3-6 TMS320F2812各項功能介紹 23
圖3-7 MSK2812 DSP控制介面 24
圖3-8 成功連接DSP 25
圖3-9 系統整合架構圖 26
圖3-10 直流伺服馬達驅動器接線圖 28
圖3-11 單脈波控制時序圖 28
圖3-12 操作介面 29
圖3-13 PI控制器參數設定 29
圖3-14 馬達運轉介面 30
圖3-15 四節機器人各節活動範圍 31
圖3-16 爬行動作流程圖 34
圖3-17 爬行動作步驟示意圖 35
圖3-18 類神經網路訓練架構圖 37
圖3-19 雙彎曲函數圖 37
圖3-20 系統方塊圖 40
圖3-21 重心目標位置與重心現在位置的差距之歸屬函數圖 41
圖3-22 爬行中各馬達的角速度之歸屬函數圖 42
圖3-23 驅動器的電壓變化量之歸屬函數圖 42
圖4-1 類神經模擬輸出結果圖 46
圖4-2 模糊控制機構重心圖 47
圖4-3水平面爬行實驗之各步驟動作圖 50
圖4-4 馬達一運轉方向 53
圖4-5 馬達二運轉方向 53
圖4-6 馬達三運轉方向 54
圖B-1 輸入/輸出變數設計圖 72
圖B-2 歸屬函數設計圖 73
圖B-3 規則庫 74
圖C-1 馬達特性圖 75
圖C-2 編碼器腳位圖 76
圖C-3 MSK2812 DSP板 76
表1-1 相關文獻成果比較表 6
表3-1 爬行規則表 43
表4-1 類神經各點輸出值 47
表C-1 直流伺服馬達特性表 75



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