自主式視覺導引在機器人輪椅上下階梯之研究 王昭惟、陳俊達
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摘 要
本研究計畫主要是以本實驗室所研發之機器人輪椅為載具，基於機器視覺之導引技術，使該機器人輪椅可以自主地上下階 梯。 為了使該機器人輪椅可以自動地上下階梯，我們以裝置在該機器人輪椅上的CCD攝影機來偵測階梯地形及尺寸。由 於階梯地形差異可能很大，故我們將限制所有階梯邊界為直線，且長、寬及高互相垂直。?之在執行階梯邊界偵測與影像 處理後，將擷取的影像座標轉換成真實世界座標，計算機器人輪椅相對階梯的相關運動學關係，再基於先一步運動規劃演 算法，求出對應每一旋轉臂之轉動角度即馬達所需之控制命令，如此達到以自主式視覺導引上下階梯之目標。 最後我們將 以虛擬實境模擬分析與機器人輪椅自主式上下階梯之實體測試互相比較驗證，據以評估該機器人輪椅之自主式視覺導引上 下階梯的強健性與可靠性。
關鍵詞 : 機器人輪椅 ; 自主式視覺導引 ; 機器視覺 ; 階梯
目錄
封面內頁 簽名頁 中文摘要... iii ABSTRACT... iv 誌謝... v 目錄... vi 圖目錄... ix 表目錄... xii 第一章 緒
論... 1 1.1 研究動機與目的... 1 1.2 研究方法... 2 1.3 文獻回
顧... 4 1.4 論文架構... 5 第二章 視覺導引之機器人輪椅架構... 7 2.1 機器人輪 椅之機構... 8 2.2 機器人輪椅功能模式... 13 2.2.1 平面移動... 13 2.2.2 雙觸地模 式... 13 2.2.3 類四足平地移動... 14 2.2.4 上下階梯... 15 2.3 視覺導引架 構... 16 2.3.1 機器視覺硬體... 16 2.3.2 運動控制架構... 18 第三章 影像擷取與 處理... 22 3.1 中值濾波... 23 3.2 影像二值化... 24 3.2.1 二值化閥值Otsu 法[12]... 25 3.3-SOBEL邊界強化... 27 3.4 影像細線化... 29 3.4.1-ZS細線 法... 29 3.4.2-Hilditch細線法... 31 3.5 尋邊求座標... 33 3.5.1 權重值尋邊 法... 34 第四章 階梯地形偵測與運動控制... 36 4.1 定義座標系統... 36 4.1.1 針孔成 像公式... 39 4.1.2 影像位移校正... 40 4.1.3 鏡頭相關參數... 41 4.2 馬達控 制... 42 4.2.1 馬達的控制... 42 4.2.2 上下階梯之路徑規畫... 43 第五章 實驗結 果和討論... 47 5.1 攀爬直線樓梯運動case（1）... 48 5.2 攀爬直線樓梯運動case（2）... 51 5.3 攀爬直線樓梯運動case（3）... 55 5.4 討論... 58 第六章 結論... 63 6.1 結論... 63 6.2 未來展望... 63 參考文獻... 65
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