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研究生： 丁彥智
Yan-zhi Ding
論文名稱： 智慧型撿乒乓球機
The Intelligent Ping Pong Balls Collector
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： 78
中文關鍵詞： 智慧型 、乒乓球 、影像處理
外文關鍵詞： intelligent, ping-pong balls, image processing
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    • 本篇論文主要是設計與製作一部智慧型輪型機器人，可以自動辨識並撿拾乒乓球。此機器人利用影像處理技術及馬達控制的技術來實現以上功能功能。首先根據從攝影機所得到的顏色資料讓機器人找尋乒乓球，再計算出乒乓球的中心位置，使得機器人可以往乒乓球方向前進，然後撿拾起該球。當完成任務後機器人還會自動歸位。馬達驅動的模糊控制、搜尋球的機制、避障機制以及回歸放球的機制均再本論文中實現。最後根據機器人的數學模型，設計線性控制方法，再使用MATLAB來進行模擬，以比較馬達驅動線性控制與模糊控制的性能，模擬結果證實模糊控制是比線性控制具有較佳的控制效果。

    This thesis designs an intelligent mobile robot that can recognize and collect ping-pong balls automatically. The main techniques on the robot include image processing and motor control. According to the color data of the image getting from the webcam, the robot can find the ping-pong balls. Then, the center location of the ping-pong ball is calculated such that the robot can go forward to the ping-pong ball and pick up it. After the task is completed, the robot will return to the location of ball collection station. The robot moving is based on the motor driving and the motor driving control is based on the fuzzy control techniques to achieve ball searching, obstacle avoidance, and returning to the collection box. Furthermore, the simulation results of the linear controller and fuzzy controller for the robot moving control are compared; it is seen that the fuzzy controller has much better performance than the linear controller.

    摘要................................ I Abstract............................ II 致謝................................ III 目錄................................ IV 圖目錄.............................. VII 表目錄.............................. XI 第一章 緒論......................... 1 1.1研究動機與目的................... 1 1.2文獻回顧......................... 2 1.3論文目標......................... 2 1.4論文架構......................... 3 第二章 系統架構與實驗環境........... 4 2.1機器人機構設計與硬體配置......... 5 2.2硬體規格......................... 8 2.2.1 BASIC STAMP 2p晶片............ 8 2.2.2 PIC 晶片...................... 9 2.2.3直流馬達驅動電路............... 9 2.2.4影像裝置....................... 11 2.2.5 AX-12 馬達.................... 11 2.2.6紅外線裝置..................... 13 2.2.7碰撞感測器..................... 13 2.2.8電源轉換電路................... 14 2.3實驗環境簡介..................... 14 2.4開發環境......................... 16 第三章 機器人影像辨識與系統控制..... 18 3.1影像辨識與傳輸協定............... 19 3.1.1影像擷取與物體顏色偵測......... 19 3.1.2 中心判斷...................... 21 3.1.3傳輸協定....................... 22 3.2模糊控制系統..................... 27 3.2.1歸屬函數....................... 27 3.2.2模糊規則庫..................... 28 3.2.3模糊推論與解模糊化............. 29 3.3馬達與感測器控制................. 29 3.3.1馬達驅動控制................... 30 3.3.2物體撿取控制................... 33 3.3.3感測器偵測..................... 36 3.3.4紅外線回歸機制................. 39 3.4機器人運作流程................... 41 3.4.1系統流程....................... 41 3.4.2搜尋法則....................... 42 第四章 模擬與實驗結果............... 46 4.1車體動態系統..................... 46 4.2線性控制......................... 48 4.3模糊控制......................... 48 4.4模擬結果......................... 50 4.5實驗結果......................... 52 4.5.1基本追蹤偵測................... 52 4.5.2執行撿球和歸位................. 54 第五章 結論與未來展望............... 58 5.1 結論............................ 58 5.2 未來展望........................ 58 參考文獻............................ 60 附錄一.............................. 62 附錄二.............................. 63

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