簡易檢索 / 詳目顯示

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.
相關次數: 點閱:193下載:1
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

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

[1] C.S. Hsu, “The Position Detection and Calculation of the Object via A Binocular Vision,” Master Thesis, National Central University, 2011.
[2] 李維民,蕭得聖,「以單眼視覺演算實現倒車障礙物偵測與距離估測」,碩士學位論文,國立交通大學,民國98年。
[3] 陳維峻,「應用於機器人之基於影像人員活動偵測」,碩士學位論文,國立交通大學,民國99年。
[4] H. Karimipour and H.T. Shandiz, “A New Adaptive Fuzzy Controller for DC Motor Position Control,” Fifth International Conference on Soft Computing, Computing with Words and Perceptions in System Analysis, Decision and Control, pp. 1 - 4, 2009.
[5] L. Li and Y. Liu, “Fuzzy PID with Parameters Self-Turning Used in The Belt Position Departure Control,” International Conference on E-Health Networking, Digital Ecosystems and Technologies, vol. 1, pp. 349 - 352, 2010.
[6] 黃天佑,鄭吉辰,「Android 平台手機之雲端車牌辨識系統建置」,資訊科技國際研討會,民國99年。
[7] 許盛傑,「Android 手機藍芽一對多通訊之程式開發」,碩士學位論文,義守大學,民國102年。
[8] E. Russell and A.B. Williams, “Effects of SMILE Emotional Model on Humanoid Robot User Interaction,” Tenth ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction Extended Abstracts, pp. 113 - 114, 2015.
[9] 廖志儒,「人臉辨識在 Android 平台之實現」,碩士學位論文,國立中央大學,民國103年。
[10] A. Stroud, M. Morris, K. Carey, J.C. Williams, C. Randolph and A.B. Williams, “MU-L8: The Design Architecture and 3D Printing of A Teen-Sized Humanoid Soccer Robot,” [Online]. Available: http://tinyurl.com/o6ym5lz (Access date: July 18, 2015)
[11] 沈之中,「基於Android平台實現即時藍芽無線心電訊號感測與處理系統」,碩士學位論文,國立中正大學,民國100年。
[12] 周席全,「在 Android 平台上設計與實作一個多功能的電話簿」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,民國98年。
[13] 楊明松,「基於Android平台的酒測值偵測及數據管理系統」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,民國103年。
[14] 李仲凱,「針對FIRA HuroCup自主避障競賽所開發之嵌入式人形機器人控制系統」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,民國102年。
[15] 聶裕峰,「居家照顧機器人之藥物傳遞系統」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,民國101年。
[16] 楊政和,「具模糊類神經網路控制之新型變流器於整流性負載之應用」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,民國102年。
[17] Y.Y. Chen, J. Zhao, J.M. Zhan and S.G. Zhu, “A High-Precision Fuzzy Impedance Control Algorithm and Application in Robotic Arm,” Proceedings of 2005 International Conference on Machine Learning and Cybernetics, vol. 2, pp. 905 - 910, 2007.
[18] 黃鈺哲,「考量動態負載之適應性機器人關節馬達控制器開發」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,民國98年。
[19] 陳冠炷,「以剩餘容量與模糊溫度控制為基礎之鋰離子電池充電機設計與實現」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,民國103年。
[20] Obstacle Run - HuroCup Laws of the Game - PUO, [Online]. Available: http://tinyurl.com/pzmxuek (Access date: July 18, 2015)
[21] 連育德,「以平滑支撐向量迴歸為基礎之大型雙足機器人類人倒單擺軌跡規劃」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,民國101年。

無法下載圖示 全文公開日期 2020/08/31 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
QR CODE