簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳朝陽
Chen, Chao-Yang
論文名稱: 智慧型居家清潔機器人之研發
The research and development of intelligent house cleaning robot
指導教授: 周榮華
Chou, Jung-Hua
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: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 90
中文關鍵詞: 智慧DSP機器人居家清潔超音波
外文關鍵詞: Ultrasonic ranging sensor, Intelligent, house-cleaning Robot, DSP
相關次數: 點閱:145下載:7
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  •   本論文主要研究應用TI的TMS320LF2407A DSP晶片做為居家清潔機器人之控制系統,目標是建立—「智慧型居家清潔機器人」,以協助維護居家環境的清潔。在整體系統中,清潔機器人主要由兩顆直流馬達驅動,其感測器則有超音波感測器、紅外線感測器及碰撞感測器等,作為環境偵測的應用。清潔機器人的運動控制與感測系統皆由DSP晶片達成,包括兩組脈波編碼器信號(QEP)偵測、速度與位置迴路之PI控制器、感測系統資料信號處理、吸塵器轉速控制、PWM訊號輸出等之功能,均由一顆TMS320LF2407A DSP晶片實現。此DSP晶片具有快速計算能力(40MIPS)及完整伺服週邊,包括2組各六個脈波寬度調變(PWM)輸出、2組方形編碼脈波(QEP)輸入、16通道A/D輸入及數個數位輸入輸出(DO/DI)等功能,故極適合發展智慧型居家清潔機器人系統控制器。本論文完成之系統,包括:一組直流馬達驅動之清潔機器人結構、一組DSP系統控制板及個人電腦等。實驗結果證實居家清潔機器人能有效性地清潔居家環境。

     In this research, an intelligent house-cleaning robot by a TMS 320LF2407ADSP of TI is deveioped. The intelligent house-cleaning robot is driven by of direct current motors (DCM). The detection of the environment is by the ultrasonic sensor, infrared sensor and the collision avoidance sensor. The motion control and detecting system include two sets of pulse encoder signals (QEP) detecting devices, the PI controller for speed and position loop, signals detecting device, vacuum cleaner rotational speed control, PWM output, etc. These takes are all performed in a TMS320LF2407ADSP chip. Finally, the experimental system, which includes the intelligent house-cleaning robot structure of a group of DCM, a group of DSP system control and a set of PC, presents the results of proving the effectiveness of the intelligent house-cleaning robot control system. In addition, four kinds of cleaning paths are developed. Experimewtal results shows that the cleaning robot can complete its cleaning task and protect itself form collision damages.

    摘要 II Abstract III 誌謝 IV 目錄 V 圖目錄 IX 表目錄 XIV 第 1 章 緒論 1  1.1 前言 1  1.2 研究動機 1  1.3 文獻回顧 2  1.4 論文架構 6 第 2 章 智慧型居家清潔機器人系統架構 7  2.1 系統架構概觀 7  2.2 系統單元 8   2.2.1 運動控制單元 8   2.2.2 保護感測單元 9   2.2.3 環境清潔單元 9   2.2.4 電源控制單元 10  2.3 硬體架構 10   2.3.1 清潔機器人設備 13   2.3.2 清潔機器人核心控制器 15   2.3.3 清潔機器人運動控制 20   2.3.4 清潔機器人感測器模組 26   2.3.5 清潔機器人清潔單元 33   2.3.6 數位訊號處理器實驗板 37   2.3.7 DSP_base直流馬達驅動控制器 39   2.3.8 清潔機器人全數位控制器 44 第 3 章 清潔機制 50  3.1 清潔機制概述 50  3.2 清潔模式 50   3.2.1 循壁型清潔模式 50   3.2.2 牛耕型清潔模式 51   3.2.3 螺旋型清潔模式 52   3.2.4 隨機型清潔模式 53  3.3 清潔機制操作流程圖 54 第 4 章 實驗與討論 56  4.1 前言 56  4.2 清潔機器人運動特性實驗 56   4.2.1 實驗的環境與流程 56   4.2.2 轉向角度實驗 56   4.2.3 行進位置實驗 59   4.2.4 誤差討論分析 61   4.2.5 碰撞感測實驗 62   4.2.6 凹地偵測實驗 65  4.3 清潔機器人環境清潔實驗 68   4.3.1 清潔效果實驗 68   4.3.2 清潔機制實驗 70   4.3.3 無障礙物環境清潔實驗 75   4.3.4 有障礙物環境清潔實驗 78 第 5 章 結論與未來研究方向 81  5.1 結論 81  5.2 未來研究方向 81 參考文獻 83 附錄一 86 附錄二 88 附錄三 89 自述 90

    [1] 謝秉峰,教導式自走車驅動控制系統之設計,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國87年。
    [2] 陳柏昌,教導式自走車轉向機構設計與控制,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國87年。
    [3] 柯政昌,自走車動力驅動系統之研究與設計,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國89年。
    [4] 許哲源,自走車之驅動控制與避障規劃,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國91年。
    [5] 鄭淼仁,自走車電力系統規劃與設計,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國87年。
    [6] 邱文正,超音波位置感測系統應用於自走式機器人之研究,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國87年。
    [7] 陳巧茵,小型自走車以超音波避障之研究,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國90年。
    [8] 顧高至,智慧型多功能自走車之研發,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國91年。
    [9] 陳柏昌、顧高至、周榮華,”應用單一超音波建立未知環境地圖”,中國機械工程學會第二十屆全國學術研討會,台北,台灣大學,2003。
    [10] 曾華瑋,自走式機器人在部份未知環境的路徑規劃與避障,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國87年。
    [11] 梁朝琪,事件驅動式多代理者自走車導航系統,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國88年。
    [12] 林懋瑜,無人式自走車導航與避障系統之研究,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國89年。
    [13] 蕭賢德,電腦視覺系統應用於自走車系統障礙物檢測之研究,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國88年。
    [14] 陳饒中,自走車系統之障礙物檢測與位置資料之建立,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國89年。
    [15] 吳至仁,即時障礙物偵測定位與標誌辨識,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國90年。
    [16] 陳柏安,利用電腦視覺作自走車之障礙物定位與環境掃描,國立成功大學工程科學研究所碩士論文,民國91年。
    [17] Tzuu-Hseng S. Li, Chang-An Lai, You-Jen Guo, Design of fuzzy field control for a one-on-one robot soccer system, IECON 02 [Industrial Electronics Society, IEEE 2002 28th Annual Conference of the] , Volume: 4 , 5-8 Nov. 2002 Page(s): 2605 -2610
    [18] Tzuu-Hseng S. Li, Chi-Yang Chen; Lee S.; Youlhen Guo, Design and implementation of fuzzy ring univector field for robot soccer game, Computational Intelligence in Robotics and Automation, 2003. Proceedings. 2003 IEEE International Symposium on , Volume: 1 , July 16 - 20, 2003 Page(s): 85 -90
    [19] 宋開泰,林俊育,足球機器人之影像感測系統設計與實驗,2000年自動控制研討會,3月9 – 10日,2000。
    [20] 沈伸鴻,遠端行動式保全系統之研發應用於多重感測保全機器人,國立中正大學電機工程研究所碩士論文,民國90年。
    [21] 周昭宇,自發型居家保全防災系統及家電控制器之設計與實現,國立成功大學電機工程研究所碩士論文,民國89年。
    [22] 蔡寶賢,以DSP實現具室內導航控制功能之機器人及其居家保全之應用,國立成功大學電機工程研究所碩士論文,民國90年。
    [23] 蘇國嵐,蕭勝文,張耀仁,智慧型保全機器人遠端監控及診斷架構之設計,中國機械工程學會第二十屆全國學術研討會,12月5-6日,台北,台灣大學,2003。
    [24] 樊漢台、李宗禮、劉冠佑,爬壁機器人系統之研製,第五屆海峽兩岸資訊〈信息〉技術研討會,11月24 - 25日,中央大學,2003。
    [25] 李宗禮、樊漢台、劉冠佑,通風管清潔機器人之研製,第五屆海峽兩岸資訊〈信息〉技術研討會,11月24 - 25日,中央大學,2003 。
    [26] Marrone-F, Strobel, H.; CleaningAssistant-a service robot designed for cleaning tasks Advanced Intelligent Mechatronics, 2001. Proceedings. 2001 IEEE/ASME International Conference on , Volume: 2 , 8-12 July 2001 Page(s): 1041 -1046 vol.2
    [27] Kiho Kim, Hohee Lee, Jangjin Park, Myungseung Yang, Robotic contamination cleaning system, Intelligent Robots and System, 2002. IEEE/RSJ International Conference on , Volume: 2 , 30 Sept.-5 Oct. 2002 Page(s): 1874 -1879 vol.2
    [28] 松下電器http://www.panasonic.com/flash.html
    [29] V4 智慧型吸塵器機器人http://www.floorbotics.com/
    [30] Trilobite機器人http://trilobite.electrolux.co.uk/
    [31] Roomba機器人http://www.roomba.com.tw/
    [32] Roomba機器人http://www.roombavac.com/buyroomba/defaultB.asp
    [33] 德州儀器http://www.ti.com/
    [34] Ju Yong Park, Ki Dong Lee, A study on the cleaning algorithm for autonomous mobile robot under the unknown environment, Robot and Human Communication, 1997. RO-MAN '97. Proceedings., 6th IEEE International Workshop on , 29 Sept.-1 Oct. 1997 Page(s): 70 -75
    [35] Chaomin Luo, Simon X. Yang, A Neural Network Approach to Complete Coverage Path Planning, Transactions on Systems, Man, and Cybernetics - Part B: Cybernetics : Accepted for future publication , 2003 Page(s): 1
    [36] Joon Seop Oh, Yoon Ho Choi, Jin BIae Park, Zheng Y.F, Navigation of cleaning robots using triangular-cell map for complete coverage, Robotics and Automation, 2003. Proceedings. ICRA '03. IEEE International Conference on , Volume: 2 , Sept. 14-19, 2003, Page(s): 2006 -2011
    [37] Palacin J, Lasa X, Marco S, Straight-line path following in cleaning robots using lateral ultrasonic sensors, Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2003. IMTC '03. Proceedings of the 20th IEEE , Volume: 2 , 20-22 May 2003, Page(s): 1484 -1487
    [38] 陳意翔,具智慧型停車功能車型機器人之設計與研製,國立成功大學電機工程研究所碩士論文,民國90年。
    [39] 陳建武,永磁式同步馬達伺服控制晶片之研製,南台科技大學電機工程研究所碩士論文,民國90年。
    [40] 徐永松,以DSP晶片為基礎研製X-Y平台交流伺服控制器,南台科技大學電機工程研究所碩士論文,民國90年。

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2005-08-26公開
    QR CODE