在本章節中，首先介紹移動式機器人之背景及演進；日常生活中機器人軌跡 追蹤之應用範圍，使用超音波感測器的效果，探討現實生活中碰到的問題與實驗 的限制。最後，說明研究目的並介紹本文大綱。
1.1 研究背景與動機
近年來，隨著工業的蓬勃發展與科技的日新月異，電腦的運算能力帶動整個 科技產業的進步，機器人應用的比例也愈來愈高，對人類的生活給予相當大的幫 助，其影響力也不容小覷。機器人的應用十分廣泛，除了可替代重複性高的工作 外，也可以完成高危險任務，或是人類無法到達的地方。機器人的應用主要分為 四大類別：(1)醫療照顧(2)維安防災(3)居家服務(4)多功能的用途[2]。醫療照顧領 域的機器人主要的功能是代替人類長時間看護病患與老人，例如:法國 robosoft 公 司生產的醫療機器人 Kompai[1]，具有自主導航以及語音辨識功能，並可進行遠 距醫療服務[1]。透過胸前的螢幕去做輸入指令，可作為個人量身訂做的助理，可 有效的管理會議行程，使醫生與用戶透過遠距去做醫療照顧，讓不便移動的用戶 也可得到對等的醫療服務，如圖 1-1 所示。維安與防災是近幾年來最迫切需要解 決的問題，而防災機器人可針對災區做偵測、物資及救援等功能，例如: 加拿大 Dr.robot 公司出產的無線偵查機器人 Scout2[1]，其功能除了可以遠端監控、避 障、路徑規劃外，機頂上的兩個爪手可以舉重300g，具備高解析度光學變焦網路 鏡頭，利用影像去做辨識功能，搭配三種感測器作為障礙物的偵測與避障，巡邏 環境等工作，大幅提升整體的救援防災效果。多功能機器人可以針對不同的用戶 去量身定做，客製化不同形狀與大小，對於教育與益智，甚至商業等用途，機器 人的可塑性極高，帶給人類生活上不可缺少的動力，針對災區救援工作效率提 高，確實保障生命安全。系統穩定性與生活需求的多樣化將是智慧型機器人技術 研究上必頇突破的目標。
圖 1-1 醫療照顧機器人Kompai [1]
圖 1-2 無線偵查機器人Scout2 [1]
1.2 研究目的
路徑規劃對於移動機器人的相對位置，其實是非常重要的，也是目前研究的 一項重點，多半應用在國防軍事、太空研究與生活科技上，其研究大多是搭配定 位系統去規劃，使機器人能夠精準地走到目的地其實也是一項困難的工作，尤其 是考量到行徑過程中的障礙物，還有機器人本身所產生的誤差，都有可能造成行 徑軌跡的誤差值，甚至對其方位無法有效地掌握，這是本論文主要研究的目的。
智慧型機器人是一種能透過感測器，和其他的技術與理論來感知機器人周遭環境 與自身狀態，以實現在有障礙物的環境中面對目標自主導航移動，或是執行某些 動作。日常生活中的掃地機器人也是很熱門的話題，此項研究就是以路徑規劃為 前提，然後透過感測器去避開障礙物，有效的對整個室內做清掃的動作[3]，本研 究之主要目的為設計出一控制器，任何規劃好的路徑在未知環境中，比傳統的環
境避障行走還來的更準確，更有效率。此外，在利用各種不同的方法去比較路徑 追蹤後所累積的誤差大小，分別去做實驗後探討，由於環境行走這個領域實驗的 人不佔少數。因此，本研究在於探討控制方法的優缺點，應用在移動式機器人規 劃任意路徑後，利用本身的感測器去規避障礙物，最後到達理想的目的地。本論 文主要應用區間第二類模糊滑動控制器，搭配其運動與動態模式去做軌跡追蹤的 實驗，在與其他的控制方法去做比較，不只在行徑中避開障礙物，也順利的追蹤 到預先規劃好的路徑。
本文以電腦模擬的方式，確認自走車以適應性區間第二類模糊滑動控制器做 軌跡追蹤，比較適應性第一類模糊滑動控制器的差異性，再以自走車實際去做實 驗，用以實行出自走車行走於不同軌跡搭配感測器，完成使命。第一個實驗中設 計自走車直線軌跡追蹤、第二個實驗設計自走車行拋物線軌跡追蹤實驗，第三個 實驗設計為日常生活中的自動倒車入庫實驗。最後希望以自走車實際測試於各種 不同的路徑來證實控制方法的可行性。
本研究的感測器是用超音波當作障礙物距離的資訊輸入，輸出的音波以能量 的方式進行傳遞，以扇形波的形式散開來，因此測量的角度出現死角且無法有效 地集中在同一區域時，就會出現較明顯的跳動問題，因接收反射端的狀況較不穩 定，在定點距離下超音波測量距離，接收到的數值會不斷有跳動的問題，從音壓 分析圖的能量衰減來看，使用超音波量測距離，從超音波發射器到量測距離的障 礙物平面，若是角度保持與障礙物平面垂直量測到的距離會較為準確，但是一改 變超音波感測器的角度或是與障礙物平面的角度越大，反射回來的音波能量衰減 越快速，這樣一來所量測到的距離會更不準確，甚至只有接收到微量的回傳音波 或是沒有接收到回傳的音波，導致誤判為障礙物還有極遠的距離。至於在轉角或 是狹小空間中某些特定的角度會使超音波產生二次反射。以上的問題都會使超音 波產生精確度的問題。
本研究基於人力、時間、環境與經費等因素的考量，目前的自走車僅於室內 的環境下做測試，本論文聚焦於移動式自走車的前期發展，建立移動平台的系統 架構，替後續研究發展提供一基礎的平台，也可應用在其他智慧型機器人的相關 硬體之上。
1.3 論文架構
本論文的組織架構如下：