簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 徐健人
Chien-Jen Hsu
論文名稱: 紅外線導引之自走機器人
Autonomous Mobile Robot using Infrared Guiding System
指導教授: 林其禹
Chyi-Yeu Lin
口試委員: 李維楨
Wei-Chen Lee
郭重顯
Chung-Hsien Kuo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 52
中文關鍵詞: 自走機器人循軌跡線紅外線感測器
外文關鍵詞: autonomous mobile robot, line tracking function, infrared sensors
相關次數: 點閱:237下載:5
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

本研究主要目的為設計製作一輪型自走機器人,能夠利用簡單的循軌跡線來達成室內環境移動及定位,使其可應用在餐廳送菜和辦公室文件傳遞等室內工作。自走機器人的導引系統是採用反射式紅外線感測元件所製作成的循跡感測器,配合地面鋪設黑色循跡線來達到移動的功能,並在特定的循跡路線位置上設置提示地標點(Landmarks),使系統得知目前位置及何時有分岔路線,如此即可選擇不同方向路線並移動至目的地。機器人上配置有超音波距離感測器,用來感測移動過程中是否有障礙物阻擋,使得自走機器人能即時煞車避免碰撞。機器人使用直流馬達做為動力來源,以脈波寬度調變(PWM)來控制馬達速度,中央控制端使用單板電腦(SBC)及微控制器做為系統核心,負責處理感測器訊號輸入及馬達驅動命令輸出,並以Borland C++ Builder所編寫設計之人機介面(User Interface)配合觸控面板(Touch Panel)來完成使用者下達命令或修改循跡路線參數等功能。


The main purpose of this research is to design a wheeled autonomous mobile robot which can be used to serve food in restaurant, delivery documents in the office and many other indoor works. The guiding system of the robot is the line following sensor set composed by reflective infrared optical sensor to detect the trajectories, so as to achieve the function of autonomous moving. The trajectories are defined by black lines which allow the robot to track and know where to move. The robot can move along the proper one from the different routes and move to the requested destination. The robot deploys the ultrasonic distance sensor for detecting the obstacles and avoiding collision. In this thesis, DC motors are used to drive the robot and the motor speed control is executed through Pulse Width Modulation (PWM). The single board computer (SBC) is used as the central control terminal and a microcontroller used to process the sensor signal and output the motor commands. The user interface is edited in Borland C++ Builder. A touch panel has been adopted to give orders to the system or setting the trajectories parameters.

摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 VII 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 研究動機與目的 2 1.4 論文架構 2 第2章 系統架構及基礎原理 3 2.1 整體系統架構概述 3 2.2 硬體系統架構介紹 4 2.2.1 電源供應分配 6 2.2.2 中央控制與輸出部分 7 2.2.3 馬達選用 9 2.3 感測器元件 11 2.3.1 反射式紅外線感測器 11 2.3.2 超音波感測器 16 2.4 人機介面軟體 19 第3章 直流無刷馬達驅動及原理 20 3.1 直流馬達簡介 20 3.2 直流無刷馬達驅動原理 23 3.3 轉速驅動方式 26 第4章 循跡導引移動及定位策略 27 4.1 循跡移動控制邏輯 27 4.2 循跡定位策略介紹 30 4.2.1 循跡線設置方式 30 4.2.2 目的地資料參數建立 33 4.2.3 循跡移動策略與分岔點變向方法 34 第5章 自走機器人循跡定位實測 36 5.1 程序運行流程 36 5.2 實測環境 37 5.3 實測結果 38 第6章 結論與未來展望 45 6.1 結論 45 6.2 未來展望 45 參考文獻 47 附錄 49 附錄A 微控制器詳細規格 49 附錄B 馬達詳細規格 51 作者簡介 52

[1] R. Tsubota, N. Noguchi and A. Mizushima, “Automatic Guidance with a Laser Scanner for a Robot Tractor in an Orchard,” Automation Technology for Off-Road Equipment, Kyoto, Japan, October, 2004.
[2]朱廣文,自走車控制結合攝影機與雷射測距儀,國立台灣科技大學電機工程研究所碩士論文,民國98年。
[3] A. H. Ismail, H. R. Ramli, M. H. Ahmad and M. H. Marhaban, “Vision-based System for Line Following Mobile Robot,” IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications, Vol. 2, pp. 642-645, 2009.
[4] R. J. Mitchell, “Improved Learning for a Simple Mobile Robot,” UKACC International Conference on Control '98 (Conf. Publ. No. 455), Vol. 2, pp. 1670-1675, 1998.
[5] N. B. Priyantha, A. Chakraborty and H. Balakrishnan, “The Cricket Location-Support system,” 6th ACM International Conference on Mobile Computing and Networking, Boston, USA, August 2000.
[6] S. Y. Lee and J. B. Song, “Use of Coded Infrared Light as Artificial Landmarks for Mobile Robot Localization,” Proceedings of the 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 1670-1675.
[7] I. Colak and D. Yildirim, “Evolving a Line Following Robot to Use in Shopping Centers for Entertainment,” Industrial Electronics, 2009. IECON '09 35th Annual Conference of IEEE, pp. 3803-3807.

[8]林佳吟,磁感應導引系統應用於溫室自走式噴藥車之研究,國立中興大學生物產業機電工程研究所碩士論文,民國95年。
[9] Parallax Propeller Chip, from http://www.parallax.com/PropellerChips/tabid/833/Default.aspx
[10] Atmel ATmrga328, from http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?category_id=163&family_id=607&subfamily_id=760&part_id=4198
[11] Vishay semiconductor, “TCND 5000 Reflective Optical Sensor with PIN Photodiode Output,” 2004.
[12]孫任範,小型自走機器人動力驅動及相撲設計,國立台灣科技大學電機工程研究所碩士論文,民國96年。
[13] Hitachi semiconductor, “HA17358 Dual Operational Amplifier,” 2000.
[14]非反向放大,取自http://www.sinowealth.com/ftp/4bit/pdf/tw/9.pdf
[15]超音波感測器,取自http://mmrl.cgu.edu.tw/rehab/mme/rehab/organize/chap2/sensor/no1/no1_3.htm
[16]無刷馬達驅動技術介紹,取自http://www.robotworld.org.tw/index.htm?pid=10&News_ID=3257
[17]孫清華,最新無刷直流馬達,全華圖書,民國91年。
[18]無刷馬達驅動,取自http://letsmakerobots.com/node/2876
[19] PWM, from http://www.arduino.cc/en/Tutorial/PWM

QR CODE