海星號輪式機器人平台運動控制

海星號輪式機器人是使用全向輪來建構出一個擁有全方位運動能力又具備有 對地面之光流影像偵測法定位功能的嵌入式網路整合操控的運動平台。

此平台底盤的下方包含2 個光流影像移動感測器(兩個托盤下方)、3 個馬達以 及3 個全向輪，如圖 26 所示；光流影像移動感測器是用來感測地面影像，並使 用地面影像的光流變化來量測該平台的運動狀態；馬達是用來提供該平台運動動 力的，可以透過微控制器使用PWM 訊號來控制該馬達的正反轉向和轉速快慢；

全向輪則是提供該平台全向運動的能力。

海星號的控制程序以OMAP 為主，當聲音演算法計算完角度後，便從 RS232 送出控制訊號，連接到馬達控制板，控制馬達轉動速度，讓平台旋轉。

圖 26 海星號機器人平台實體圖

„ 運動模式

海星號主要的組成機構為三個特殊設計之全向輪。全向輪的結構特徵，為在 一個圓形輪軸的圓周上環繞著數個橢圓形狀的滾筒，這些滾筒的軸心和輪軸的平 面之間的角度是可以調整的；這些滾筒的作用便是用來將輪子轉動時產生的垂直 輪軸的力量轉換至平行於輪軸的方向上面。藉由此三個全向輪的運動控制可以達 到：(1)原地旋轉，(2)對頭直行，(3)對頭差速轉彎，(4)平移，(5)平移且自轉。如 此高的自由度動作是一般傳統輪式機器人無法同時具備的。由簡至繁解說如下：

(1) 原地旋轉：三個輪子的角速度保持一定且相等、轉向相等，則本平台可 作原地等角速度旋轉。

(2) 對頭直行：當三輪中其中一輪不運轉，其他兩輪以相同的角速度旋轉但 轉向相反時，則本平台會朝不運轉的輪子方向(一個「頭」)前進。

(3) 對頭差速轉彎：以對頭直行模式為基礎，轉動的兩輪若轉速不同，則本 平台會進行轉彎的動作，此時「頭」的指向會改變。這種運動模式與一 般兩輪平台差速轉彎的道理類似。

(4) 平移：所謂平移即是本體指向永遠不改變的移動，而且移動方向可以任 意選擇。這種運動方式正是二輪平台無法呈現的運動模式。

(5) 平移且自轉：這是本平台所能呈現最複雜的一種運動模式，一面對固定 方向作平移，一方面又以固定角速度作自轉。

以下列出其中幾種運動模式的示意圖：

(a)沿某一個方向直線前進 (b)原地正反向旋轉 (c)沿一方向前進且同時旋轉 圖 27 輪式機器人運動模式示意圖

„ 聲源追蹤系統整合

海星號機器人系統與聲源追蹤合作，功能是在聲源方向判定後，自動轉向聲 源位置，並利用攝影機拍攝聲源方向有無異常環境變化，所以搭配此系統，機器 人運動平台必須轉換聲源方向角度資訊，將角度資訊轉換成馬達轉動資訊，並傳 送給平台上的全向輪馬達，使其運動朝向正確的角度。

海星號機器人的馬達控制流程圖如下圖x 所示：

圖 28 馬達控制流程圖