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系統識別號 U0026-0812200915335869
論文名稱(中文) 全方位移動機器人應用於環境地圖建立
論文名稱(英文) Using Omni-Directional Mobile Robot on Map Building Application
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工程科學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Engineering Science
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生(中文) 鐘啟豪
研究生(英文) Qi-hao zhong
電子信箱 n9696145@mail.ncku.edu.tw
學號 n9696145
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 71頁
口試委員 指導教授-王榮泰
口試委員-周榮華
口試委員-王宗一
中文關鍵字 移動機器人  全方位輪  地圖建立 
英文關鍵字 Mobile robot  Map-building  Omni-directional wheel 
學科別分類
中文摘要 本論文主要目的是建構一台全方位移動機器人來達到未知環境地圖的建立,由於一般的輪型機器人在進行環境探索時,常會遇到車體迴轉半徑過大而困於死結中的問題;或是車子在進行沿牆行走時,遇到轉彎處車體需要旋轉,而降低建立地圖的效率,本論文利用全方位移動系統可以往任意方向平移且不需固定車頭方向的特性,用此移動平台可使機器人在避障或是建立地圖上更加有效率。
 本文利用小型筆記型電腦(ASUS EPC 901)作為主控端去對車體進行控制,而機器人的控制核心為PIC16F777以及PIC16F873A這兩顆單晶片,PIC16F777用來控制直流馬達以及紅外線感測器的資訊擷取,而PIC16F873A用來抓取馬達編碼器的訊號,並且紀錄機器人的移動軌跡以及牆面資訊,再透過RS-232串列埠回傳至主控端。
 在實驗結果中,結合車體及主控端針對凹角、凸角這兩種不同的環境地形去做環境地圖的建立,其中凹角環境的平均距離誤差為4%、平均夾角誤差為5%,且多邊形環境的平均距離誤差為9%、平均夾角誤差為11%。
英文摘要 In this thesis, an omni-directional mobile robot for map building in unknown environments was proposed. Usually, while the mobile robot detects the environments, it would get trapped due to the radius of gyration of the vehicle itself. And when the vehicle moves along the walls, the body needs to turn at the corners, thus, it would decrease the efficiency of map building. Therefore, the proposed omni-directional mobile robot in this study is a system which could shift in any directions without rotating the body. Furthermore, using this moving platform could make the robot more efficient on obstacle avoidance and map building applications.
The vehicle was controlled by a robot-borne Eee-PC (ASUS EPC 901), and two microchips, PIC16F777 and PIC16F873A, were used to control the robot motions, signal acquisition of Infrared sensors, and the signals from motor encoders. Therefore, the vehicle moving tracks and the wall detection would be recorded by the microchips and then transmitted to the control center immediately via the RS-232 transmission protocol.
 In the experiments and results, the robot would move according to the corner and edge differentiation algorithm, calculate the angles of the obstacle avoidance, change forward and backward smoothly, and also shift in any directions without turning the body. In this case, all the corners and edges in the unknown environment could be found and re-built in an environment map accurately.
論文目次 中文摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 2
1.3文獻探討 3
1.4論文架構 4
1.5研究成果與貢獻 4
第二章 系統架構及軟硬體設備 5
2.1整體系統架構 5
2.2硬體系統架構 5
2.2.1機器人車體設計以及實體圖 6
2.2.2單晶片介紹(PIC16F777 & PIC16F873A) 9
2.2.3 直流馬達 12
2.2.4紅外線感測器 14
2.3開發軟體及操作介面 17
2.3.1 Borland C++ Builder 17
2.3.2 PIC-Compiler & MPLAB-ICD 18
2.3.1 人機操作介面 18
第三章 全方位避障系統及地圖建立 22
3.1 全方位避障系統 22
3.1.1全方位移動平台基本架構 22
3.1.1全方位移動平台之運動方程式推導 24
3.2紅外線之障礙物偵測 28
3.2.1.車體避障角度計算 30
3.2.2障礙物閃避模式 32
3.3地圖建立演算法 33
3.3.1機器人沿牆走模式 34
3.3.2機器人位置及方位的推算 39
第四章 實驗與結果 41
4.1全方位行走實驗 41
4.2車體避障實驗 43
4.2.2結果與討論 46
4.3圓弧環境實驗 47
4.3.2結果與討論 48
4.4凸角(非直角)環境實驗 48
4.4.2結果與討論 49
4.5未知環境地圖建立 50
4.5.1凹角環境地圖建立 51
4.5.2多邊形環境地圖建立 56
地圖建立過程及說明 57
4.5.3結果與討論 62
4.5.4地圖資訊後處理 63
地圖後處理結果 65
第五章 結論與未來展望 68
5.1結論 68
5.2未來展望 69
参考文獻 70
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2009-08-22起公開。
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