具搜尋與避障之自動跟隨機器人｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	賴一翔 I-hsiang Lai
論文名稱：	具搜尋與避障之自動跟隨機器人 The following robot with searching and obstacle-avoiding
指導教授：	王文俊 Wen-June Wang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	資訊電機學院 - 電機工程學系 Department of Electrical Engineering
畢業學年度：	97
語文別：	中文
論文頁數：	70
中文關鍵詞：	機器人控制、模糊控制、跟隨機器人、影像處理
外文關鍵詞：	following robot, robot control, image processing, fuzzy control
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本論文主要設計與製作一部自主且全方位移動的跟隨機器人系統。整體硬體架構以筆記型電腦（Notebook）為主控核心，搭配微控制器BS2p和PIC，整合影像處理、距離感測與馬達控制等技術，最後將跟隨控制策略建構在主控核心上，實現以模糊控制為基礎的跟隨機器人系統。控制流程上，首先藉由配置於主人身上的紅外線光源裝置與架設於機器人上的視訊攝影機，透過影像辨識技術判斷主人方位；另外利用紅外線距離感測器量測主人與機器人之間的距離。根據主人的方向與距離等即時資訊，設計出包含前進與後退模糊控制器、轉向修正模糊控制器、編碼器補償機制、避開障礙物機制與主人消失搜尋機制，完成整體跟隨機器人控制系統。再者主控核心會計算即時的控制輸入，並以PIC實現的PWM訊號來控制載具馬達的轉動，使得機器人能達成所有的控制要求。最後設計五個符合實際情況的實驗，驗證本論文所提出的跟隨控制策略能成功地實現於實際機器人系統。

This work presents the design and implementation of an omni-movement following robot. The control system is implemented in a notebook, along with microprocessors BS2p and PIC16F84A. Integrating with techniques of image processing, infrared sensor, and motor control, the following robot system is established completely. With the infrared LEDs (tied on the master) and a camera (installed in the robot), the robot can detect the relative direction of the master. Moreover, the infrared sensor is adopted to estimate the distance between the master and the robot. The whole control system, including the fuzzy forward and backward control, fuzzy orientation control, encoder compensator, obstacle avoidance strategy, and master-disappear search strategy, is accomplished according to the real-time information. The control input is calculated by the control center, then PWM signals can be implemented by the microprocessor PIC to manipulate the motors. Therefore the following robot system can meets all control demands. At the last, five practical experiments are given to demonstrate that the proposed control approach can be successfully implemented in a real following robot.

摘要................................i
Abstract............................ii
誌謝................................iii
目錄................................iv
圖目錄..............................vii
表目錄..............................x
第一章 緒論.........................1
1研究背景與動機...................1
2文獻回顧.........................2
3論文目標.........................2
4本文架構.........................3
第二章 系統架構與硬體設計...........4
1系統架構.........................4
1.1電腦端.........................5
1.2機器人端.......................5
1.3使用者端.......................10
2硬體設計.........................11
2.1載具機構.......................11
2.2直流馬達A-max 26...............15
2.3直流馬達(A-max 26)驅動電路.....16
3實驗環境簡介.....................17
第三章 紅外線光源之影像處理與辨識...18
1經紅外線濾光鏡之彩色影像.........18
2色彩空間轉換.....................20
3膨脹運算.........................21
4連通物件法.......................23
5重心計算法.......................24
第四章 跟隨控制策略.................26
1機器人跟隨控制通訊協定...........26
1.1控制封包.......................26
1.2回傳封包.......................27
2馬達驅動控制.....................28
3前進與後退控制器.................30
3.1控制器的輸入及輸出.............30
3.2歸屬函數.......................32
3.3模糊規則庫.....................33
3.4模糊推論與解模糊化.............34
4轉向修正控制器...................35
4.1控制器的輸入及輸出.............35
4.2歸屬函數.......................37
4.3模糊規則庫.....................38
4.4模糊推論與解模糊化.............38
5編碼器補償機制...................39
6避開障礙物機制...................40
7主人消失搜尋機制.................43
8系統程式控制流程.................44
第五章 實驗成果.....................46
1直線前進移動分解圖...............46
2前方直角轉彎分解圖...............47
3前方方柱轉彎分解圖...............48
4行走避障分解圖...................49
5主人消失搜尋分解圖...............50
第六章 結論與未來展望...............52
參考文獻............................54

                                

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