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研究生: 洪瑋呈
Hong, Wei-Cheng
論文名稱: 麥卡倫輪型移動機器人之路徑追蹤控制
Trajectory Tracking Control of the Mecanum-Wheeled Mobile 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: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 178
中文關鍵詞: 麥卡倫輪型移動機器人軌跡追蹤控制
外文關鍵詞: Mecanum-wheeled mobile robot, trajectory tracking control
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  • 麥卡倫輪型移動機器人具有可任意在平面上移動而不需改變其姿態及可任意旋轉的優點,不管在學術界或產業界上都有相關的研究或應用。本論文主旨在於設計與實現麥卡倫輪型移動機器人系統軌跡追蹤控制。麥卡倫輪型移動機器人為一非完整約束系統,論文中將先以Euler-Lagrange方法搭配Lagrange multiplier推導出麥卡倫輪型移動機器人之動態數學模型,針對此模型利用狀態回授線性化消除系統之非線性項,分別結合PID控制與順滑模態控制設計軌跡追蹤控制器,並利用MATLAB/Simulink模擬可能性。在實作上,本系統以數位訊號處理器做為控制核心,以C語言實現控制演算法,並利用慣性感測器、室內定位模組、即時動態定位系統回授機器人位置與姿態,用以消除光學編碼器因車輪滑動而造成的回授軌跡誤差。最後,由模擬與實驗結果驗證了所完成之系統可達到軌跡追蹤之目的。

    The main objective of this thesis is to design and implement the trajectory tracking control of a Mecanum-wheeled mobile robot. The constrained Euler-Lagrange method with the Lagrange multiplier is used to derive the dynamic model of the system. In the control design, the state feedback linearization is used to eliminate the nonlinear terms of the system. Base on the obtained linear system, PID control, and sliding mode control are used to design the tracking control system. MATLAB/Simulink are used to simulate the designed control system. In experiments, the control laws are implemented through a digital signal processor. An inertial measurement unit is used as a posture sensor. The indoor GPS module and real-time kinematic system are used to eliminate the position error obtained by encoders when the wheels slip. The simulation and experimental results show that the control system accomplishes trajectory tracking with good performance.

    目錄 頁次 摘要 I Extend Abstract II 致謝 VII 目錄 VIII 圖目錄 XII 表目錄 XIX 第一章 緒論 1-1研究背景 1-1 1-2研究動機及目的 1-1 1-3研究步驟 1-2 1-4相關文獻回顧 1-4 1-5本實驗室之相關研究成果 1-5 1-6本文結構 1-7 第二章 麥卡倫輪型移動機器人與馬達數學模型 2-1 前言 2-1 2-2 麥卡倫輪型移動機器人運動模型建立 2-1 2-3 麥卡倫輪型移動機器人動態模型建立 2-13 2-4 直流無刷馬達數學模型推導 2-27 2-5 考慮摩擦力之麥卡倫輪型移動機器人動態模型 2-38 第三章軌跡追蹤控制器設計與路徑規劃 3-1 前言 3-1 3-2 狀態回授線性化設計 3-1 3-3 PID控制器設計 3-3 3-4 順滑模態控制器 3-7 3-5 運動模型PI控制器 3-12 3-6 路徑規劃 3-14 第四章 系統機構設計與製作 4-1 前言 4-1 4-2 麥卡倫輪型移動機器人系統機構設計與製作 4-1 第五章硬體電路介紹 5-1 前言 5-1 5-2 TMS320F28335數位訊號處理器 5-1 5-3 直流無刷馬達驅動器 5-2 5-4 光學編碼器 5-3 5-5 慣測感測器 5-4 5-5-1 慣測感測器通訊 5-4 5-5-2 慣測感測器校正 5-5 5-5-3 航向角量測結果 5-11 5-6 室內定位模組 5-13 5-7 即時動態定位系統 5-14 5-7-1 即時動態定位介紹 5-15 5-7-2 S1216F8-RTK-EVB開發板 5-16 5-7-3 NS-HP-GN:RTK RECIEVER開發板 5-18 5-7-4 GNSS Viewer 5-19 5-7-5 LoRa無線傳輸模組 5-19 5-7-6 即時動態定位系統總架構 5-20 5-7-7 國土繪測中心 5-22 5-8 麥卡倫輪型移動機器人硬體總架構 5-24 第六章 模擬與實作結果 6-1 前言 6-1 6-2 模擬結果 6-1 6-2-1 定點間移動模擬 6-2 6-2-2 圓形軌跡模擬 6-14 6-2-3 直線軌跡模擬 6-23 6-3 系統控制架構 6-32 6-4 以光學編碼器回授實作結果 6-34 6-4-1 定點間移動實作 6-35 6-4-2 圓形軌跡實作 6-41 6-4-3 弦波軌跡實作 6-48 6-5 以定位模組回授實作結果 6-54 6-5-1 以定位模組回授定點間移動實作 6-56 第七章 結論與未來展望 7-1 結論 7-1 7-2 未來展望 7-1 參考文獻 Ref-1

    參考文獻
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