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研究生: 陳正中
Chen, Cheng-Chung
論文名稱: 居家保全機器人之防災與運動控制系統之設計與研製
Design and Implementation of Fire Alarm and Motion Control System for eHome Robot
指導教授: 李祖聖
Li, Tzuu-Hseng S.
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 70
中文關鍵詞: 居家保全機器人
外文關鍵詞: eHome robot
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  • 本論文主要研究並實現居家保全機器人之運動控制系統與火災偵測系統。我們使用DSP晶片當作整個系統的核心,無論是資料擷取、轉換、介面間溝通、控制演運法及火災感測器資訊處理皆由DSP晶片來完成。 運動控制系統的設計,提高了居家保全機器人的運動性能,主電腦只需下達命令,DSP上的運動控制器便能自行完成伺服控制,可減少導航系統處理時間過慢的不良影響,適用於基於影像處理的導航系統。機器人上配備有溫度、火光、及氣體感測器,經由DSP的訊號擷取及轉換功能將感測器資料讀入DSP內,並由決策邏輯來判別火災的發生。最後,透過伺服電腦上之遠端監控系統,使用者可以獲得家中狀況及機器人動態等資訊,並可進行線上操作。實際居家保全機器之操控實驗,展現所提運動控制與防災系統之可行性與有效性。

    The objective of this thesis is to design and implement an intelligent eHome robot. We mainly focus on the motion control system and fire detection system for the autonomous robot. We use DSP chip as the core of the whole system. For the aspect of the motion control, DSP chip receives motion commands from on-board computer, performs the control action and then drives the motor. The design of the motion control system improves the performance of the robot navigation system and is suitable for vision-based navigation robot, which often has slow processing time. For the aspect of the fire detection system, DSP chip acquires data from flame, temperature and gas sensors and then processes them by decision logic in order to evaluate whether the house is on fire. Finally, through the web server system built in the onboard computer, the host can get all the home information interactively. Effectiveness and feasibility of the proposed circuits and systems are demonstrated by the real-time manipulation of the eHome robot.

    中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 誌謝 Ⅲ 目錄 Ⅳ 圖目錄 Ⅶ 表目錄 Ⅹ 第一章 緒論 1 1.1研究動機與目的 1 1.2論文概要 2 第二章 系統架構與硬體規劃 3 2.1系統架構設計 4 2.2數位訊號處理器 7 2.2.1 TMS320F240基本特性 8 2.2.2記憶體空間及I/O位址的規劃 10 2.2.3 DSP與外部週邊的溝通機制 12 2.2.4類比數位轉換(ADC)模組 14 2.2.5數位類比轉換(DAC)模組 14 2.2.6通用計時器(General Proposed Timer)模組 14 2.3 eHome Robot 驅動動力的設計 15 2.3.1馬達與減速齒輪模組 16 2.3.2動力驅動器模組 17 2.3.3前置放大器模組 19 2.3.4信號迴授模組 20 2.3.4-1編碼器單元 20 2.3.4-2乘四解碼介面IC 21 2.3.4-3光耦合IC 24 2.3.4-4 DSP與HCTL-2020的溝通機制 26 2.4電源供應設備 29 2.5本章小結 29 第三章 家庭防災電路之設計與實現 30 3.1簡介 31 3.2火災檢測電路實做 33 3.2.1火光感測器電路設計 33 3.2.2溫度感測器電路設計 37 3.2.3氣體感測器電路設計 38 3.3火災判別 39 3.3.1模糊理論簡介 40 3.3.2模糊推論器的設計 42 3.4實做成果 47 3.5本章小結 51 第四章 居家保全機器人之運動控制系統設計與實現 52 4.1運動控制系統架構 53 4.2速度控制系統之設計 55 4.3位置迴授系統之設計 58 4.3.1機器人的運動學模型 58 4.3.2機器人之位置迴授 60 4.3.3 DSP晶片之韌體流程 62 4.4實現成果 63 4.5本章小結 65 第五章 結論與未來展望 66 參考文獻 68 圖目錄 圖2.1具有移動式機器人之自動化家庭 4 圖2.2 eHome Robot的系統結構圖 6 圖2.3家用保全機器人硬體規劃示意圖 6 圖2.4家用保全機器人實體照片 7 圖2.5 TMS320F240EVM板 7 圖2.6 TMS320F240功能方塊圖 8 圖2.7 F240之記憶體配置 10 圖2.8 I/O埠動作時序圖 12 圖2.9系統控制暫存器(SYSCR) 13 圖2.10 GP計時器功能方塊圖 15 圖2.11馬達尺寸 16 圖2.12減速齒輪組尺寸 17 圖2.13 ADS 50/5功能方塊圖 17 圖2.14 ADS 50/5外觀 18 圖2.15前置放大器電路圖 19 圖2.16前置放大器實體照片 20 圖2.17 HEDL-5540編碼器外觀 20 圖2.18編碼器輸出波形及接腳圖 21 圖2.19 HCTL-2020外部接腳圖 22 圖2.20 HCTL-2020之內部方塊圖 23 圖2.21 HCTL-2020內部閂鎖器之禁制邏輯 24 圖2.22 PC9D10外觀及內部接線 25 圖2.23編碼器與光耦合器的連接方式 25 圖2.24 DSP解碼電路圖 26 圖2.25 HCTL-2020資料讀取動作時序圖 27 圖2.26 HCTL-2020之介面電路板 28 圖3.1火災警報系統架構圖 33 圖3.2 R2868之指向性 34 圖3.3 R2868對光源之頻率響應 34 圖3.4 R2868之結構 34 圖3.5 R2868操作電路圖 35 圖3.6 R2868驅動電路圖 36 圖3.7 R2868訊號轉換電路 36 圖3.8溫度感測器電路 37 圖3.9 TG135結構圖 38 圖3.10氣體感測器電路 39 圖3.11模糊邏輯系統基本架構圖 40 圖3.12使用Min-Max算子之模糊推理系統 42 圖3.13模糊推論防災系統架構圖 43 圖3.14(a) 的歸屬函數 44 圖3.14(b) 的歸屬函數 44 圖3.14(c) 的歸屬函數 45 圖3.14(d) 的歸屬函數 45 圖3.15感測器與驅動電路實圖 48 圖3.16瓦斯感測輸出測試實驗 48 圖3.17火光感測器輸出測試實驗 49 圖3.18溫度感測器輸出測試實驗 49 圖3.19感測器融合之火警實驗 50 圖4.1 Dynamic look and move之IBVS架構圖 53 圖4.2運動控制的基本伺服架構 54 圖4.3居家保全機器人之運動控制系統架構圖 55 圖4.4居家保全機器人之速度控制系統架構圖 56 圖4.5速度控制系統之中斷流程圖 56 圖4.6速度控制系統之中斷服務流程圖 57 圖4.7機器人速度控制響應圖 58 圖4.8機器人之空間關係圖 59 圖4.9(a)串列通訊中斷服務常式 63 圖4.9(b)計時器中斷服務常式 63 圖4.10遠端遙控之速度控制實驗圖 64 表目錄 表2.1記憶體配置連結檔 11 表2.2馬達及齒輪組規格 16 表2.3 HCTL-2020接腳功能 22 表2.4 HCTL-2020資料輸出程序 24 表2.5 DSP解碼電路實際對應表 27 表3.1 R2868之特性 35 表3.2 TG-135特性 39 表3.3模糊規則 46

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    下載圖示 校內:2004-07-09公開
    校外:2004-07-09公開
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