簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 禚建威
Cho, Chien-wei
論文名稱: 居家環境清潔機器人
Floor Cleaning Robot in Domestic Environments
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: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 78
中文關鍵詞: 紅外線感測器數位訊號處理清潔機器人
外文關鍵詞: DSP, floor cleaning robot, infrared sensors
相關次數: 點閱:99下載:5
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
  • 本篇論文之目的為設計與實做一台居家環境清潔機器人。清潔機器人以一個數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)為控制核心,且包含馬達控制、機器人運動控制模式、凹地感測模組及障礙物偵測模組等。障礙物偵測模組,能提供機器人有效避障角度,此部份包含紅外線感測器作為非接觸性障礙物量測感測,以及本文所提出的全方位碰撞感測等兩部份。機器人利用RS232連接埠將相關數據傳輸到電腦,以紀錄機器人在沿牆行走過程中的移動軌跡,同時繪製環境地圖。本論文使用牛耕田路徑規劃,對無障礙的矩形環境作全域清潔;其中利用沿牆行走的運動方式,修正機器人在長距離行走所造成的累積誤差,完成牛耕田路徑規劃。實驗結果顯示,障礙物偵測模組可提供機器人良好的環境資訊,減少機器人閃避障礙物的次數,提高清潔效率,同時完成無障礙梯形環境下牛耕田全域清潔。

    This thesis designs and implements a new system for a domestic clean robot. A digital signal processor (DSP) is used to control the cleaning robot. Which includes: motor control, robot control, cliff detection module, and obstacle detection module include. Infrared sensors are used to detect obstacles without contact. In addition, an omni-directional collision detection module is proposed. This module can examine obstacle angles to provide an avoiding angle of the cleaning robot. The cleaning-robot can record the moving track in client computer through RS232, at the same time can build environmental map when the robot moves along the walls. During cleaning the boustrophedon path is planned for environments without obstacles. Experimental results show that the obstacle detection module offers good environmental information to the cleaning robot so that it can avoid obstacles efficiently and build the corresponding environmental map simultaneously for square and trapezium surroundings.

    中文摘要 II Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XII 第1章 序論 1 1.1前言 1 1.2研究動機 1 1.3文獻回顧 2 1.3-1路徑規劃回顧 2 1.3-2感測器回顧 3 1.6章節說明 5 第2章 系統架構 6 2.1 清潔機器人設計 6 2.2清潔機構設計 7 2.4紅外線感測器 9 2.4-1 紅外線之障礙物偵測 11 2.4-2 沿牆行走運動模式 16 2.5全方位碰撞感測器 18 2.6凹地感測與虛擬牆 21 2.6-1凹地感測 21 2.6-2虛擬牆 23 第3章 清潔機器人導航及環境地圖建立 24 3.1 清潔模式 24 3.1-1矩形環境牛耕田式清潔 24 3.1-2梯形環境牛耕田式清潔 27 3.2 紀錄清潔機器人移動的軌跡及建立環境地圖 30 第4章 實驗與結果 39 4.1 馬達控制 40 4.2 障礙物感測系統 42 4.2-1 紅外線之障礙物角度量測 42 4.2-3凹地感測與虛擬牆測試 46 4.3 沿牆行走測試 52 4.4清潔機器人清潔效果測試 56 4.5牛耕田清潔實驗 59 4.5-1矩形環境牛耕田清潔實驗 59 4.5-2梯形環境牛耕田清潔實驗 64 4.7 清潔車移動軌跡及建立環境地圖實驗 70 第5章 結論與建議 73 5.1 結論 73 5.2 建議 74

    1.Choset H, “Coverage of known spaces: The boustrophedon cellular decomposition,”, AUTONOMOUS ROBOTS, volume: 9, Issue: 3, pp: 247-253, 2000
    2.Fiorini P and Prassler E, “Cleaning and household robots: A technology survey,”, AUTONOMOUS ROBOTS, volume: 9, Issue: 3, pp: 227-235, 2000
    3.Oh JS, Choi YH, Park JB and Zheng YF, "Complete coverage navigation of cleaning robots using triangular-cell-based map," , IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, volume: 51, Issue: 3, pp: 718-716, 2004
    4.Yao Zhiyang, "Finding Efficient Robot Path for the Complete Coverage of A Known Space,", IP. on IEEE Conference on Intelligent Robots and Systems, pp: 3369-3374, 2006
    5.Hofner C and Schmidt G, "Path planning and guidance techniques for an autonomous mobile cleaning robot,", ROBOTICS AND AUTONOMOUS SYSTEMS, volume: 14, Issue: 2-3, pp: 199-212, 1995
    6.Sommer V and Rocher A, "A new exploration strategy for mobile robots based on a cost function approach,", In proc. on IEEE Conference on Intelligent Robots and Systems, pp: 1697-2701, 2003
    7.顧高至, 智慧型多功能自走車之研發. 成功大學工程科學系碩士論文, 民國92 年
    8.楊雅兆, 使用超音波感測之自走車壁障實務設計. 私立中原大學碩士論文, 民國93 年.
    9.Lawitzky G, "A navigation system for cleaning robot,", AUTONOMOUS ROBOTS, volume: 9, Issue: 3, pp: 255-230, 2000
    10.Palacin J, Salse JA, Valganon L and Clua X, "Building a mobile robot for a floor-cleaning operation in domestic environments,”, IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, volume: 53, Issue: 5, pp: 1418-1424, 2004
    11.Trilobite, http://trilobite.electrolux.co.uk/,2001.
    12.陳志豪, 基於紅外線感測器之清潔機器人導航設計. 國立交通大學碩士論文, 2004.
    13.Roomba, http://www.roomba.com/,2002.
    14.林文景, 克服樓成障礙之智慧型機械人. 國立成功大學工程科學研究所碩士論文, 民國95年.
    15.歐良派, 風管清潔用機器人設計與研製. 國立雲林科技大學碩士論文, 2004.
    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.何程翔, 車型機器人之全方位影像處理停車控制器設計與實現. 國立成功大學電機工程學系, 民國94年.
    18.Guilherme N and Avinash C, "Vision for Mobile Robot Navigation: A Survey,", IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE, volume: 24, Issue: 2, pp: 237-267, 2002
    19.陳朝陽, 智慧型居家清潔機器人之研發. 國立成功大學碩士論文, 2005.
    20.德州儀器, http://www.ti.com/, 1995.
    21.Sharp,” SHARP GP2D12 datasheet”, Sharp, pp. 1-4

    下載圖示 校內:2010-08-14公開
    校外:2010-08-14公開
    QR CODE