成功大學博碩士論文系統

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	洪聆剛 Hong, Ling-Gang
論文名稱：	兩輪倒單擺機器人之平衡控制 Balance Control of a Two-Wheeled Inverted Pendulum 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：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	103
中文關鍵詞：	倒單擺、互補濾波器、加速規
外文關鍵詞：	inverted pendulum, complementary filter, accelerometer
相關次數：	點閱：118 下載：4
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

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

兩輪倒單擺機器人是一種特殊的輪式機器人，由於馬達裝置在兩側，所以具機動性強及體積小之優點。本論文旨在推導兩輪倒單擺機器人之動態數學模型，針對此模型利用LQR控制法則設計平衡控制器。在兩輪倒單擺機器人的姿態角度估測方面，則使用加速規和陀螺儀配合互補濾波器得到較佳的傾角訊號。控制器的實現是以數位信號處理器(digital signal processor, DSP)為基礎，使用德州儀器公司所生產之定點式數位信號處理器，型號為TMS320F2812。實作方面以C語言來實現所有控制演算法，透過DSP控制板來提供系統控制力的運算及輸出，再搭配PWM驅動電路驅動直流馬達帶動兩輪平衡機器人達到平衡控制的目的。由模擬與實驗結果顯示，所完成之控制系統可達到平衡控制之目的。

The two-wheeled inverted pendulum mobile robot is a special type of wheeled robots. It has advantage of good mobility and small size because it has only two motors placed on both side. In this study, the dynamic model of the two-wheeled inverted pendulum robot is derived. In controll design, the LQR control law is used in the balance control of this system. In order to obtain an optimal estimation of the tilt angle, the complementary filter is used for data fusion with the angular measurements obtained from a rate gyroscope sensor and an accelerometer. The implementation of the controller is based on a digital signal processor (TMS320F2812) produced by Texas Instruments. In the experiment, the control law is implemented on the digital signal processor using C language. DC motors are driven by a PWM driver board. The simulation and experimental results are provided to show the effectiveness of the control system.

目錄
頁次
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖表目錄 VII
第一章 緒論 1-1
1-1 研究背景與動機1-1
1-2 研究目的 1-2
1-3 研究步驟 1-3
1-4 相關文獻回顧 1-4
1-5 本實驗室相關成果 1-6
1-6 論文結構 1-7
第二章 兩輪倒單擺機器人之數學模型 2-1
2-1 前言 2-1
2-2 兩輪倒單擺機器人之動態數學模型 2-1
2-3 兩輪倒單擺機器人之狀態方程式 2-14
第三章 平衡控制器設計 3-1
3-1 前言 3-1
3-2 LQR控制器 3-1 
3-3 兩輪倒單擺機器人系統模擬 3-6
第四章 系統硬體平台介紹 4-1 
4-1 前言 4-1
4-2 系統架構 4-1
4-3 兩輪倒單擺機器人之機構設計 4-2
4-3-1 減速齒輪組 4-5
4-3-2 光學編碼器 4-5
4-4 數位訊號處理器TMS320F2812核心簡介 4-6
4-4-1 QEP介面電路簡述 4-7
4-4-2 PWM介面 4-8
4-5 周邊硬體電路 4-11
4-5-1 電源電路 4-12
4-5-2 數位訊號處理器記憶體位址解碼電路 4-14
4-5-3 驅動電路 4-15
4-5-4 類比數位轉換介面 4-16
4-5-5 姿態感測電路 4-17
4-5-5-1 加速規 4-18
4-5-5-2 陀螺儀 4-22
第五章 互補濾波器 5-1
5-1 前言 5-1
5-2 互補濾波器 5-2
5-3 互補濾波器的實現與模擬 5-4
5-4 互補濾波器實作驗證 5-11
第六章 實驗結果 6-1
6-1 前言 6-1
6-2 系統執行流程 6-1
6-3 兩輪倒單擺機器人平衡控制實驗 6-2
第七章 結論與未來展望 7-1
7-1 結論 7-1
7-2 未來展望 7-1
參考文獻 Ref-1
                                    

[1]Segway 網站http://www.segway.com/
[2]F. Grasser, A. D'Arrigo, S. Colombi and A. C. Rufer,“JOE: a mobile, inverted pendulum, ’ IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.39, No. 1, pp. 107-114, Feb. 2002.
[3]Y. Ha and S. Yuta,“Trajectory Tracking Control for Navigation of Self-Contained Mobile Inverse Pendulum,” IEEE/RSJ/GI Int. Conf. On Advanced Robotic Systems and the Real World, vol. 3, pp. 12-16, September 1994.
[4]洪介仁，「車與桿倒單擺系統之平衡控制」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國九十二年七月。
[5]詹富強，「以數位信號處理器為基礎單板獨立旋轉型倒單擺甩上與平衡控制系統之實現」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國九十三年七月。
[6]楊志偉，「以視覺伺服為基礎之倒單擺系統平衡控制」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國九十四年七月。
[7]呂育勝，「利用順滑模態之球與弧系統的平衡控制」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國九十七年。
[8]翁義清，「全向移動機器人之路徑追蹤控制」，國立成功大學工程科學系碩士論文，民國九十七年。
[9]DC motor 7E4060B-20Y datasheet, SOHO PRECISION MACHINERY Inc, 2003.
[10]Z. Yu and R. Choe, “Development & Verification of a Low-Cost IMU for Vehicle Attitude Determination” Aerospace Technology Seminar Singapore, March 2007.
[11]R. G. Brown and P. Y. C. Hwang, Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filtering, pp. 192~197, John Wiley & Sons, New York, March 1992
[12]R. P. G. Collinson, Introduction to Avionics System, pp. 277~280, Kluwer Academic Publishers, Boston, 2003.
[13]S. Merhav, Aerospace Sensor System and Applications, pp. 396~407, Springer-Verlag, New York, 1996.

校內：2015-02-11公開
校外：2015-02-11公開

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文