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研究生: 林思羽
Szu-Yu Lin
論文名稱: 基於Android之FIRA HuroCup 自主視覺避障人形機器人應用程式開發
Development of an Android-based Autonomous Humanoid Robot Visual Obstacle Avoidance APP for FIRA HuroCup Games
指導教授: 郭重顯
Chung-Hsien Kuo
口試委員: 黃志良
none
彭昭暐
none
林紀穎
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 90
中文關鍵詞: 視覺避障自主人型機器人Android嵌入式控制系統視覺追蹤JSON輕量化格式開發語言
外文關鍵詞: autonomous humanoid robots, Embedded Android control system, visual obstacle avoidance, visual tracking, JavaScript object notation.
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  • 本論文提出以Android為開發平台之FIRA HuroCup 自主視覺避障人形機器人系統應用程式。此一系統由七吋平板電腦以及使用微控制器所開發之雙足運動控制器所組成。本文所開發之平板電腦應用程式功能包括:影像擷取、特定標的物之視覺偵測及追蹤、模糊邏輯之視覺避障以及藍芽命令傳輸,以達成控制機器人頭部左右轉動及上下傾斜角度控制以及雙足運動步態命令傳輸。此外,以微控制器所開發之雙足運動控制器則實現以倒單擺模型所生成之雙足運動控制命令,並進行機器人腳部馬達之即時控制。本研究開發之應用程式也導入JSON(JavaScript Object Notation)輕量化格式開發語言,實現無線網路及資訊交換技術,以使雙足運動控制器可透過智慧型手機或平板電腦之網頁進行機器人雙足運動控制參數之調整,並控制機器人動作。因此,本研究所提出了之嵌入式雙足人形機器人控制系統,並不需要使用任何單板電腦,取而代之的是使用小巧便於攜帶之Android平板電腦或智慧型手機為主要其運算核心。最後,本研究以FIRA HuroCup指定賽之避障項目開發相關APP演算法,並用來驗證此嵌入式自主雙足人形機器人控制架構之有效性。


    This thesis presents an Android-based autonomous humanoid robot visual obstacle avoidance APP for FIRA HuroCup games. The proposed system is composed of a 7" pad computer and a microcontroller-based bipedal locomotion controller. The pad computer is responsible for collecting images, tracking a specific image target, processing fuzzy-logic based visual obstacle avoidance approaches and transmitting blue tooth commands for pan-tilt head control and bipedal locomotion commands. The microcontroller-based bipedal locomotion controller is responsible for controlling all joint motors to achieve desired bipedal locomotion commands in terms of the linear inverted pendulum model (LIPM).This study also employs the technique of JavaScript object notation (JSON) so that the locomotion parameters specified in the microcontroller-based bipedal locomotion controller can be easily desirable via a conventional web in a pad computer or a smart phone. Therefore, this thesis proposes an embedded bipedal humanoid robot control system without any uses of single board computer. This solution is compact and portable for most of conventional Android-based pad computer or smart phones. Finally, obstacle avoidance games specified in the FIRA HuroCup league were used to demonstrate the effectiveness of the proposed embedded autonomous bipedal humanoid robot control architecture.

    誌謝 I 摘要 II Abstract III 表目錄 VII 圖目錄 VIII 符號說明表 X 第1章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 文獻回顧 3 1.3.1 影像伺服及馬達控制研究 3 1.3.2 Android系統整合之研究 4 1.3.3 機器人平台系統之研究 5 1.3.4 模糊理論控制之研究 5 1.4 論文架構 6 第2章 系統開發架構 7 2.1 硬體架構 7 2.2 頭部系統元件 9 2.2.1 智慧型行動裝置作業系統 9 2.2.2 Android作業系統與相關函式庫 10 2.2.3 Android開發環境建立 14 2.3 通訊整合控制板元件 15 2.3.1 JSON輕量化格式開發語言 15 2.4 使用平台 17 2.4.1 大型人形機器人平台 17 2.4.2 平板電腦規格 18 第3章 研究方法 19 3.1 平板介面端影像系統 21 3.1.1 影像追蹤系統 22 3.1.2 影像前處理 27 3.1.3 高斯金字塔 27 3.1.4 邊緣特徵點擷取 28 3.1.5 目標物品單眼視覺定位及定高 29 3.2 連網機器人參數介面 33 3.2.1 連網機器人參數介面流程 35 3.2.2 連網機器人參數介面相關技術 37 第4章 機器人避障策略及控制 39 4.1 HuroCup避障項目 39 4.2 模糊控制避障 40 第5章 實驗與系統實作之結果 48 5.1 實驗結果 48 5.1.1 物體影像追蹤實驗 48 5.1.2 模糊控制避障實驗 50 5.1.3 步態調整介面實驗 55 5.2 系統性能分析 70 第6章 結論與未來研究方向 72 6.1 結論 72 6.2 未來研究方向 73 參考文獻 74

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    無法下載圖示 全文公開日期 2020/08/31 (校內網路)
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