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研究生：	林翰威 Lin, Han-Wei
論文名稱：	雙足機器人步態控制系統改善之研究 A Study on Improving the Gait Control System for a Biped Robot
指導教授：	何明字 Ho, Ming-Tzu
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 工程科學系 Department of Engineering Science
論文出版年：	2022
畢業學年度：	110
語文別：	中文
論文頁數：	197
中文關鍵詞：	雙足機器人、力量感測器、平衡控制器、無線通訊協定
外文關鍵詞：	Biped Robot, Force Sensors, Balance Control, Wireless Protocol
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摘要  I
Extend AbstractII
致謝 VIII
目錄  IX
圖目錄 XIII
表目錄 XX
第一章 緒論
1-1 研究背景與動機 1-1
1-2 研究目標 1-2
1-3 研究方法及步驟 1-3
1-4 相關文獻回顧 1-4
1-5 本實驗室之相關成果 1-6
1-6 論文結構 1-7
第二章 雙足機器人之硬體介紹
2-1 前言 2-1
2-2 雙足機器人機構介紹 2-2
2-3 感測器硬體簡介 2-6
2-3-1 六軸力感測器2-7
2-3-2 荷重元2-12
2-3-3 慣性感測器2-12
2-3-4 光學編碼器2-13
2-4 直流電壓電流表 2-14
2-5 控制平台簡介 2-16
2-5-1 PC/104+與嵌入式系統 2-16
2-5-2 數位訊號處理器 TMS320F2812 2-17
2-5-3 PWM 馬達驅動電路 2-18
2-6 無線路由器 2-19
第三章 單軸向力量感測器應用與實作
3-1 前言 3-1
3-2 單軸向力量感測器規格 3-1
3-3 荷重元機構設計 3-4
3-4 電路設計 3-9
3-5 校正結果 3-18
3-6 結論 3-29
第四章 無線傳輸通訊
4-1 前言 4-1
4-2 網路架構簡介 4-1
4-3 網路類別 4-4
4-4 無線網路的加密類型 4-5
4-5 連網類型 4-8
4-6 無線路由器運作模式 4-10
4-7 遠端連線的通訊介面 4-12
4-8 遠端連線的方式 4-14
4-8-1 SSH 相關設定 4-15
4-9 結論 4-16
第五章 雙足機器人之步態規劃
5-1 前言 5-1
5-2 雙足機器人之步態規劃 5-1
5-2-1 擺線輪廓曲線法5-2
5-2-2 零力矩點路徑規劃5-5
5-3 雙足機器人運動學的計算流程 5-9
5-3-1 Denavit-Hartenberg 表示法5-10
5-3-2 雙足機器人之座標系與參數定義5-16
5-3-3 逆向運動學5-19
5-4 ZMP 理論與計算 5-28
5-4-1 六軸力感測器 ZMP 運算 5-29
5-4-2 慣性量測單元 ZMP 運算 5-32
5-5 結論 5-36
第六章 雙足機器人之步態平衡控制器設計與模擬
6-1 前言 6-1
6-2 行走姿態產生器 6-1
6-3 輔助 ZMP 閉迴路控制 6-10
6-4 平衡控制器 6-15
6-5 結論 6-22
第七章 雙足機器人之實作與分析
7-1 前言 7-1
7-2 質心上下移動無跨步實驗 7-1
7-3 質心左右移動無跨步實驗 7-12
7-4 質心移動前進兩步實驗 7-23
7-5 結論 7-34
第八章 結論與未來展望
8-1 結論 8-1
8-2 未來展望 8-1
參考文獻  Ref-1
附錄  A-1
                                    

[1] 林子欽，「六軸力感測器研發與雙足機器人之結構分析」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國一○二年六月。
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[5] D. J. Braun, J. E. Mitchell, and M. Goldfarb. “Actuated Dynamic Walking in Biped Robots: Control Approach, Robot Design and Experimental Validation,” proceedings of the 9th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, pp. 237-242, Dec. 2009.
[6] 力感測器類型，https://www.newton.com.tw/wiki/%E5%8A%9B%E6%84%9F%E6%B8%AC%E5%99%A8/7835571
[7] H. Jeong, I. Lee, J. Oh, K. K. Lee, and J. H. Oh, “A Robust Walking Controller Based on Online Optimization of Ankle, Hip, and Stepping Strategies,” IEEE Transactions on Robots, Vol. 35, No. 6, pp. 1367-1385, Dec. 2019.
[8] M. Folgheraiter, A. Yessaly, G. Kaliyev, A. Yskak, S. Yessirkepov, A. Oleinikov, and G. Gini, “Computational Efficient Control of a Lightweight Biped Robot with Sensor Based ZMP Estimation,” Proceedings of 2018 IEEE/RAS 18th International Conference on Humanoid Robots, pp. 232-237, Nov. 2018
[9] 趙冠舜，「以Linux-RTAI為基礎之雙足機器人機電整合設計與實現」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國一○一年七月。
[10] 黃彥翔，「姿態航向參考系統研發與雙足機器人之步態規劃」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國一○三年七月。
[11] 吳易宸，「雙足機器人之步態規劃與控制」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國一○九年七月。
[12] 鍾東霖，「雙足機器人步態規劃與實現」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國一○五年七月。
[13] Maxon motor, https://www.maxongroup.com/
[14] S. Kajita, H. Hirukawa, K. Harada, and K. Yokoi, Introduction to Humanoid Robotics, Springer-Verlag, Berlin, 2014.
[15] Triaxial Inertial Sensor with Magnetometer ADIS16400/ADIS16405, http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADIS16400_16405.pdf
[16] 全橋控制晶片A3941, https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/239890/ALLEGRO/A3941.html
[17] 場效電晶體038N04N, https://www.datasheetarchive.com/pdf/download.php?id=250570aa8fdd563988a9bb2be392c5f4e037e5&type=P&term=038N04N
[18] 電流感測器ACS-712, https://www.sparkfun.com/datasheets/BreakoutBoards/0712.pdf
[19] 無線路由器TL-WR840N, https://www.tp-link.com/tw/home-networking/wifi-router/tl-wr840n/#specifications
[20] 應變規C2A-06-062LW-120, http://www.vishaypg.com/docs/11098/062lw.pdf
[21] OSI, https://zh.wikipedia.org/wiki/OSI%E6%A8%A1%E5%9E%8B
[22] SSH, https://zh.wikipedia.org/wiki/Secure_Shell
[23] OSI與DoD模型， https://gogoace.pixnet.net/blog/post/65206723-%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E5%9F%BA%E7%A4%8E---1
[24] TCP/IP, https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10234845
[25] 區域網路，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B1%80%E5%9F%9F%E7%BD%91
[26] 都會網路，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%8E%E5%9F%9F%E7%BD%91
[27] 廣域網路，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B9%BF%E5%9F%9F%E7%BD%91
[28] 無線區域網路，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%B1%80%E5%9F%9F%E7%BD%91
[29] 無線路由器加密類型，https://kknews.cc/zh-tw/tech/89b293q.html
[30] WEP/WPS密碼破解，https://isms.ym.edu.tw/ezfiles/267/1267/img/1168/1020517_wireless.pdf
[31] Radius, https://bluelove1968.pixnet.net/blog/post/222283951
[32] 架設Radius伺服器，https://www.lijyyh.com/2013/07/radius-configuring-radius-server.html
[33] IP位址，https://kknews.cc/zh-tw/culture/aeym3r6.html
[34] DHCP運作原理，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8A%A8%E6%80%81%E4%B8%BB%E6%9C%BA%E8%AE%BE%E7%BD%AE%E5%8D%8F%E8%AE%AE
[35] IPv4, https://zh.wikipedia.org/wiki/IPv4
[36] IPv6, https://zh.wikipedia.org/wiki/IPv6
[37] PPPoE原理，https://www.itread01.com/content/1543832527.html
[38] 路由器三種連接方式，https://kknews.cc/zh-tw/tech/9ympr55.html
[39] WISP模式介紹，https://product.pconline.com.cn/itbk/wlbg/wireless/1504/6360496.html
[40] 遠端連線伺服器的加密機制，http://dic.vbird.tw/linux_server2/2018unit07.php
[41] R. Parent, Computer Animation:Algorithms and Techniques, Morgan Kaufmann, Burlington, MA, 2012.
[42] K. S. Fu, R. C. Gonzalez, and C. S. G. Lee, Robotics: Control, Sensing, Vision, and Intelligence, McGraw-Hill, Singapore, 1987.
[43] D. L. Pieper, The Kinematics of Manipulators under Computer Control, Ph.D. dissertation, Stanford University, 1968.
[44] H. S. JO and N. M Nasiri, “Development of Minimalist Bipedal Walking Robot with Flexible Ankle and Split-mass Balancing Systems,” International Journal of Automation and Computing, pp. 425-437, Oct. 2013.
[45] S. Kajita, M. Morisawa, K. Harada, K. Kaneko, F. Kanehiro, K. Fujiwara, and H. Hirukawa, “Biped Walking Pattern Generator Allowing Auxiliary ZMP Control,” Proceedings of 2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 2993-2999, Oct. 2006.
[46] 鄭詠全，「基於ROS之雙足機器人步態模擬」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國一○八年七月。
[47] Gazebo網站, https://classic.gazebosim.org/
[48] Boston Dynamics網站, https://www.bostondynamics.com/
[49] Boston Dynamics spot, https://www.bostondynamics.com/products/spot
[50] Development of quadruped walking robots:A review: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090447920302501
[51] 工業電腦PCM-3380, http://support.elmark.com.pl/advantech/pdf/pcm-3380ds.pdf
[52] H. M. Joe and J. H. Oh, “Balance Recovery through Model Predictive Control Based on Capture Point Dynamics for Biped Walking Robot,” Robotics and Autonomous Systems, Vol. 105, pp. 1-10, Jul. 2018.

校內：2027-09-28公開
校外：2027-09-28公開電子論文尚未授權公開，紙本請查館藏目錄

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