智慧型機器人輪椅橫越障礙地形之研究 謝仁俊、陳俊達
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摘 要
本論文以實驗室開發出的旋臂式輪椅機器人延續發展。利用圖控式Labview軟體寫出的程式，對機器人前方的障礙物作影 像處理並判別障礙物高度，以做出相應的動作，並在機器人作動時以電子羅盤觀察其三軸的變化。以個人電腦為出發點，
首先利用CCD Camera 配合NI PCI-1409影像擷取控制卡，應用Labview軟體來撰寫系統的控制軟體。首先，利用機器視覺 抓取前方障礙物影像，經由影像前處理後，利用判斷系統去尋找線雷射和障礙物形成位置之空間點，經過座標轉換，得出 作動的CASE模式，而最後藉由NI - Motion PCI-7358 、Panasonic的MSDA043A1A驅動輪椅機器人，達到橫越障礙物的目的
。
關鍵詞 : 機器人輪椅、影像處理、電子羅盤
目錄
授權書 iii 中文摘要 iv 英文摘要 v 誌謝 vi 目錄 vii 圖目錄 x 表目錄 xiii
第一章 緒論 1 1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2 1.3 文獻回顧 3 1.4 論文架構 5
第二章 機器人輪椅之設計 6 2.1 機器人輪椅之機構 6 2.1.1 身體 7
2.1.2 傳動軸的設計 7 2.1.3 齒輪的設計 8
2.1.4 平地和攀爬的切換設計 9 2.2 機器人輪椅運動 11
2.2.1 各肢節、車輪與履帶控制 11 2.2.2 機器人輪椅方向控制 12 2.3 功能模式 15
2.3.1 平面移動 15 2.3.2 雙觸地模式 15 2.3.3 類四足平地移動 16 2.3.4 攀爬階梯 17
第三章 影像處理系統架構 19 3.1 LabView 軟體 19
3.2 影像處理系統硬體架構 20 3.2.1硬體說明 21
3.3 影像處理流程 27 3.3.1 中值濾波 28 3.3.2 二值化 30
3.3.3 門檻值的決定 31 3.3.4 Sobel 測邊算子 34 3.3.5 細線化 35
3.3.6 權重值尋邊 37 第四章 實驗結果和討論 43 4.1 CASE1攀爬障礙物 46 4.2 CASE2跨越障礙物 51 4.3 CASE3輪胎橫越障礙物 56 4.4 實驗結果 59
第五章 結論及未來展望 61 5.1 結論 61
5.2 未來展望 61 參考文獻 63
圖目錄
圖2.1 機器人輪椅之整體架構圖 6 圖2.2 身體 7
圖2.3 傳動軸配置圖 8 圖2.4 腰節內部構造圖 9 圖2.5 機構的運動方式 9 圖2.6 脛節傳動機構圖 10 圖2.7 階梯範圍示意圖 11
圖2.8 (a)電動輪椅轉彎方式(b)本機器人輪椅轉彎方式 13 圖2.9 機器人輪椅轉彎示意圖 14
圖2.10 切換以履帶觸地模式 16 圖2.11 切換以車輪觸地模式 16
圖2.12 (a)~(d)為機器人輪椅地面攀爬之連續動作 17 圖2.13 (a)~(g)為機器人輪椅攀爬樓梯之連續動作 18 圖3.1 LabView 前置圖和程式方塊圖 19
圖3.2 影像程式硬體架構圖 20 圖3.3 NI-Motion Card PCI-7358 21 圖3.4 驅動器之詳細配置圖 22 圖3.5 TCM2.6 電子羅盤 23
圖3.6 TCM2.6 電子羅盤控制視窗 23 圖3.7 Panasonic MSMA042A1E 24
圖3.8 WATEC WAT-202B COLOR CCD Camera 25 圖3.9 MLH-10X 變焦鏡頭 26
圖3.10 NI PCI-1409 影像擷取控制卡 26 圖3.11 IE-9405L 線雷射 27
圖3.12 影像處理流程圖 27 圖3.13 3X3 遮罩圖（1） 29 圖3.14 3X3 遮罩圖（2） 30 圖3.15 像素圖 31
圖3.16 測 X 方向的灰階變化 35 圖3.17 測 Y 方向的灰階變化 35 圖3.18 3X3 影像 36
圖3.19 強邊線例子 39 圖3.20 弱邊線例子 39 圖3.21 端點類型 40 圖3.22 強度增減表 41 圖4.1 實驗流程圖 43
圖4.2 CASE判斷圖 44
圖4.3 CASE判斷程式方塊圖（1） 45 圖4.4 CASE判斷程式方塊圖（2） 45 圖4.5 影像處理前圖(1) 46
圖4.6 影像處理後圖(1) 46 圖4.7 LabView 程式圖(1) 47
圖4.8 CASE1 影像導引攀爬障礙物之連續動作 49 圖4.9 CASE1 電子羅盤三軸變化圖 50
圖4.10 影像處理前圖(2) 51 圖4.11 影像處理後圖(2) 51 圖4.12 LabView程式圖(2) 52
圖4.13 CASE2 影像導引跨越障礙物之連續動作 54 圖4.14 CASE2電子羅盤三軸變化圖 55
圖4.15 影像處理前圖(3) 56 圖4.16 影像處理後圖(3) 56 圖4.17 LabView 程式圖(3) 57
圖4.18 CASE3 影像導引橫越障礙物之連續動作 58 圖4.19 CASE3 電子羅盤三軸變化圖 59
表目錄
表4.1 實驗數據表（1） 47 表4.2 實驗數據表（2） 52 表4.3 實驗數據表（3） 57 參考文獻
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