四節機器人之控制器設計

Controller Design of the Four-link Robot

劉志原(Jhih-Yuan Liu)

指導教授 ： 楊智旭

淡江大學/工學院/機械與機電工程學系碩士班/碩士(2007年)

https://doi.org/10.6846/TKU.2007.00959

摘要

本論文主要目的是設計及製作一個由三個直流伺服馬達作為關節，長短左右對稱的四節機器人，其外側連桿較短，內側連桿較長，來探討四節機器人在未知載重下的垂直站立動態平衡運動控制。首先利用個人電腦(PC)設計四節機器人的垂直平衡站立運動路徑規劃，再利用類神經網路演算法與模糊控制完成垂直平衡站立運動控制的目標，硬體方面包含了機構設計、直流伺服馬達、傾斜計、數位訊號處理器(DSP)、驅動器的整合。在垂直平衡站立運動中，機器人之重心是判斷平衡與否的重要因素，利用各個馬達之目標角度及速度，配合類神經網路演算法訓練，讓系統在失敗中學習將機構抬起達到機器人穩定站立狀態，當機器人在穩定狀態下，再使用重心法配合模糊控制模擬出四節機器人在未知載重下的垂直平衡站立。最後，模擬出實驗結果印證了機器人在未知載重狀態下的自我學習能力。

關鍵字

類神經網路 ； 重心法 ； 四節機器人 ； 模糊控制

並列摘要

The objective of this thesis is to develop a four-link robot to stand up vertically and stably with an unknown loading on a linkage. There are three joints and four links in the robot system. The outside links are long, and inside links are short. The joints are driven by three DC server motors respectively.The sequence of the standing behaviors is assigned by the designed program in a PC. The artificial neural network (ANN) and fuzzy theory are applied to design the controller for the robot. The hardware of this system includes mechanism, DC server motors, a tilt sensor, digital signal process (DSP) board, and motor drivers. The center of gravity (COG) of the robot is an important factor in the standing process. The robot is trained to stand up by angles and angular velocity of motors by using the ANN algorithm. Then, the COG of the robot is controlled to stand up vertically and stably by the fuzzy control theory. The simulational and experimental results indicate that the four-link robot is able to stand up by itself with an unknown loading.

並列關鍵字

Artificial Neural Network (ANN) ； Center of Gravity (COG) ； Four-link Robot ； Fuzzy Control

參考文獻

[28] 李雅鈴，小型足球機器人之設計與實現，淡江大學機械與機電工程學系碩士班碩士論文，民國94年6月。

[29] 鄧宏志，中型機器人足球系統之即時影像處理，淡江大學機械與機電工程學系碩士班碩士論文，民國95年6月。

[13] 張昱升，四節機器人之研究，淡江大學機械與機電工程學系碩士班碩士論文，民國94年6月。

[4] 林彥誠，彈性體連結之機器蛇的研發與其最佳速度之規劃，台灣大學生物產業機電工程學研究所碩士論文，民國93年6月。

[5] 李曉芳，彈性體連結之機器蛇的研發與其最佳避障路徑規劃，台灣大學生物產業機電工程學研究所碩士論文，民國93年6月。