實驗平台架設

本論文以ZMP 觀點搭配智慧型演算法-模糊系統，發展出一套機器人雙足穩 定的平衡控制系統架構後，協同上節以Visual Basic

所設計人機介面之操控軟體-『Balance Control Agent』，成功使操控者透過此控制介面即時觀看機器人 ZMP 點，並操控機器人於不同地形與斜面之即時平衡。在此為了測試本論文設計之 PAPA-Man 機器人實際上即時平衡之成果與效能，另外建立了一個機器人的量測 平台，並以Visual Basic 專為此平台設計一套測量軟體，最後將平台軟體量測之 實驗數據與機器人實際即時平衡控制的實驗結果作一相互驗證與特性分析。

圖 5-3：機器人即時平衡數據量測之整體實驗平台

此實驗平台建設之目的為精準的量測機器人於各種不同地面傾斜角度與變 動速度下，PAPA-Man 機器人即時平衡之效能與實驗數據。其平台設計的整體架 構如上圖 5-3 所示，主體是由一木製的電動翹翹板構成，藉由控制電路板配合伺 服馬達的運轉來帶動整個翹翹板的轉動，而為了精準的操控此電動翹翹板的轉動 角度以及轉動速度，在此與 PAPA-Man 即時平衡之視窗軟體-『Balance Control Agent』相同，同樣以 Visual Basic 設計一套專為此實驗平台之操控軟體-包含了電 動翹翹板、傾斜儀與陀螺儀的操控介面。而電動翹翹板的操控介面如下圖 5-4 所 示，分為翹翹板控制與路徑規劃兩個區塊；翹翹板控制區塊中只要藉由方便的拉 桿往左或往右，或是直接輸入所要的轉角，即可操控翹翹板精準往左或右傾到所 預想的位置。除此之外，馬達以軟體控速設計了5 種不同的段速，主要是以三種 不同的速度慢、中、快來控制翹翹板到所預想的角度，其分別的速度值如下圖。

圖 5-4：電動翹翹板之 PC 端程式操控視窗介面

而為了適應實驗環境中地面水平的些微誤差，此介面加入了水平矯正的功 能，且可同時配合翹翹板上所設置之水平儀，達到矯正水平的起始功能。路徑規 劃之區塊則是可以自行規劃機器人在翹翹板上平衡時，翹翹板要如何的動作，不 論是動作的間隔時間、循環次數、行經路徑，皆可由使用者依實驗需求而自行定 義，藉此產生一連續之擺動動作。本論文量測機器人平衡時所規劃之翹翹板路 徑，為求實驗上的一致性，皆是統一從水平方向起始，先往右傾停頓三秒之後回 到中央水平位置，三秒後接著再往左傾，並於停頓三秒後再度回到中央位置。

此實驗平台設計之 Visual Basic 視窗軟體除了上述的電動翹翹板操控介面 外，為了量測機器人於電動翹翹板各種不同角度與速度下的水平穩定度與角速度 安定性，因此安裝兩種感測器於機器人身上，分別為傾斜儀(Tilt)與陀螺儀(Gyro)，

同樣的在此也以Visual Basic 設計其感測器量測之介面。

首先簡介一下這兩種感測器，傾斜儀[29]主要的功能為量測傾斜角度的資 訊。在此使用的為雙軸傾斜儀，雙軸可量測 X 軸與 Y 軸分別之傾斜角度，X 軸 在此即代表量測機器人左右的傾斜角度，Y 軸則是前後的傾斜角度，因此可利用 傾斜儀來獲得目前機器人的水平穩定度。下圖即為傾斜儀實體與形狀規格。

圖 5-5：傾斜儀實體與其規格

接下來介紹陀螺儀，陀螺儀[30]主要的功能為量測角速度的資訊，在此安裝 在機器人身上，可利用陀螺儀來獲得目前機器人運動時的角速度變化，藉此瞭解 機器人作動時快慢變化之安定性。下圖即為陀螺儀實體與其形狀規格。

圖 5-6：陀螺儀(Gyro)實體與其規格

在此兩種感測器資訊是利用Sensor 電路板特別為傾斜儀與陀螺儀設計之 AD 角位，將其所量測到類比電壓轉為數位化，接著經由所設計之VB 介面的 Timer 為中斷，每100ms 從 MSComm 元件中的 buffer 取出 AD 後的數位電壓值，最後 經由VB 程式的運算可即時顯示在程式介面的視窗。圖 5-7 為雙軸傾斜儀的即時 偵測視窗，紅線代表其 X 座標，藍線則代表 Y 座標，對此雙軸分別的傾斜角度 即時顯示在視窗中以便觀測；而圖 5-8 為陀螺儀的即時偵測視窗，綠色的線即代 表目前角速度的變化值。而為了方便後端的資料分析與處理，感測器資訊除了即 時顯現在視窗外，我們亦可將所有資料存成一txt 檔，方便後端 Matlab 的分析。

圖 5-7：雙軸傾斜儀 X 軸與 Y 軸即時偵測傾斜角度視窗

圖 5-8：陀螺儀(Gyro)即時偵測角速度視窗

因此包含電動翹翹板、傾斜儀與陀螺儀之實驗平台與操控介面即架設完成，

將傾斜儀與陀螺儀實際放置到 PAPA-Man 上便可對即時平衡作數據上的量測，下 圖即為整個平台包含 PAPA-Man 的實體架設，並以此平台進行下節的數據分析。

圖 5-9：實驗平台實際架設於雙足機器人 PAPA-Man