移動拍擊機器人之設計與實現
Design and Implementation of a Paddle Juggling Mobile Robot
(113級 胡庭嘉)
摘要
本論文旨在持續改善本實驗室所發展之腕關節型機器人拍擊系統,同時搭配全向輪移動機器人達到連續移動擊球的目的。本系統由三個子系統組成:機器視覺系統、腕關節型機器人系統與全向輪移動機器人系統,其中機器視覺系統由兩部相機與一影像處理模組組成,影像視覺系統可依據顏色資訊將乒乓球由畫面中擷取出來,再經由雙目相機模型得到球體於影像系統中之三維座標。全向輪移動機器人系統接收球體座標後,即利用運動方程式計算並得到球體於大地座標系中之座標,並將此資訊利用通訊協定傳給腕關節型機器人,並同時利用動態規劃路徑方法使全向輪移動機器人得以持續追蹤球體。而腕關節型機器人系統得到球體於空間中的座標後即開始進行擴展卡門濾波器(extended Kalman filter)計算,針對球的位置與速度進行估測,並以估測落點與入射速度決定機器人拍擊球體的時機、姿態與速度。在實作上,機器視覺系統利用NVIDIA Jetson Orin NX 16 GB模組作為影像處理核心,並使用C++撰寫影像處理演算法與周邊功能實現;全向輪移動機器人與腕關節型機器人則以STM32微控制器作為控制核心,並使用C語言撰寫擴展卡門濾波器、控制法則演算法與通訊協定之實現。將三者整合後,能持續拍擊使球維持在固定高度,在無平移運動的情況下達到成功持續性拍擊60次以上,而在具平移運動的情況下可達到成功持續性拍擊300次以上,並具有追蹤特定軌跡同時持續拍擊之功能。
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