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研究生: 陳俊旭
Chen, Chun-Hsu
論文名稱: 機器人用紅外線建立三維環境地圖之研究
Three-dimensional Map Building of a Mobile Robot by Infrared Sensors
指導教授: 王榮泰
Wang, Rong-Tyai
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: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 移動機器人地圖建立紅外線感測器
外文關鍵詞: Mobile robot, map-building, infrared sensor
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  • 本論文主要目的是建構一台移動機器人來達到三維的未知環境地圖建立,由於一般的移動機器人在進行地圖建立時,大多採取二維平面的地圖建立,因此在地圖Z軸的方向上,對於地形的變化就無從得知,因此本論文的目的在於建立三維的地圖,使得對於環境有更全面的了解。
    本文使用筆記型電腦(ASUS X450J)並使用商業數學軟體MATLAB,進行環境地圖建立,本文使用2顆晶片(皆為PIC18F4550),一顆用來控制直流馬達以及步進馬達進而帶動滑軌的升降,第二顆用來擷取馬達編碼器的訊號以及紅外線感測器的資料擷取,並且記錄機器人的移動軌跡、牆面資訊以及障礙物的位置與形狀,再透過藍芽裝置HC-05傳送資訊到電腦。

    SUMMARY
    The main purpose of this paper is to build a mobile robot which can generate a three-dimensional map of an unknown environment. Due to the fact that a general mobile robot largely utilizes a two-dimensional map of a given location, the Z-axis map for changes in terrain will be obscured. Thus, the purpose of this paper is to program an ability of a mobile robot to generate three-dimensional maps to enable a more comprehensive understanding of the environment.
    To do so, a commercial laptop (ASUS X450J) with MATLAB (Mathworks) installed was used for environmental map building. We use two chips (both PIC18F4550), one to control a DC motor and a stepping motor, thereby enabling rail movements, and second chip to capture the motor encoder signal and infrared sensor data capture in order to track and record the motion paths of mobile robots, wall and obstacle position information, and shape. Finally, this information is sent to the computer via HC-05 Bluetooth.
    Keywords: Mobile robot, map-building, infrared sensor.

    目錄 中文摘要 I Extended Abstract II 致謝 VIII 目錄 IX 圖目錄 XII 表目錄 XVI 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 文獻回顧 4 1.4 論文架構 5 第二章 自走車系統架構 7 2.1自走車系統整體架構簡介 7 2.2自走車構造 9 2.2.1 車體部分 11 2.2.2 滑軌及感測器支撐架 14 2.2.3 紅外線感測器 GP2Y0A21 17 2.2.4紅外線感測器 GP2Y0A710 19 2.2.5紅外線接收器 PRM6938 20 2.2.6紅外線發射器模組 21 2.3 自走車控制系統與電路 22 2.3.1 核心晶片-PIC18F4550 24 2.3.2 直流馬達 26 2.3.3霍爾編碼器 27 2.3.4 直流馬達驅動IC TA7291P 29 2.3.5步進馬達KHP42H2501 31 2.3.6 步進馬達驅動IC ULN2003A 32 2.3.7 光電耦合器TLP250 33 2.3.8 溝通橋梁 藍牙HC-05 34 第三章 行走模式及地圖建立 36 3.1 理論基礎 36 3.1.1 PRM6938紅外線接收器原理 36 3.1.2 SHARP GP2Y0A21擷取步驟及流程圖 39 3.1.3 SHARP GP2Y0A710擷取步驟及流程圖 42 3.2 開發軟體 47 3.2.1 PIC-Compiler & MPLAB-IDE 47 3.2.2 MATLAB 48 3.3行走模式 48 3.3.1運動方程式 48 3.3.2 沿牆走模式 50 3.4 環境地圖建立建立流程 54 第四章 實驗結果與討論 55 4.1 行走實驗 55 4.2 長方體障礙物偵測 58 4.3階梯障礙物偵測 61 第五章 結果與討論 65 參考文獻 66

    參考文獻
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