顏家鈺臺灣大學：機械工程學研究所陳依婷Chen, Yi-TingYi-TingChen2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61193本論文是以形狀記憶合金為致動器，來建構一六足仿生機器人。因為肢腳運動比輪子更能克服地形的障礙，故仿生機器人在災難救助或野外調查上佔有優勢。而機器人的建構分為兩方面：一是機器人的實體架構，二是機器人的感測器資訊融合。第一，在機器人的實體方面，是以壓克力為主要材料，以形狀記憶合金作為致動器；第二，在機器人感測器資訊融合上，使用的感測器有：足底壓力感測器、加速規以及羅盤定位感測器，並使用ARM9為主要控制晶片，在其上架設Windows CE嵌入式作業系統，連接各感測器與晶片，即時性地收集各感應器的資訊。最後經過運算，對形狀記憶合金下達驅動的命令，使機器人可獨立自主的行走，形成一完整的嵌入式控制系統。This thesis presents the design and building of a six-legged bio-mimicking robot. The design goal is to establish an economic design for possible mass production, and to endow the robot with communication ability so that the robots can work together to achieve a common objective. The robot is to have the ability to independently perform pre-assigned tasks and to make decisions when situation requires task changing. This thesis composes the mechanical design and the system development of the robot. The mechanical design includes the actuation and the locomotive mechanism design. The mechanical arrangement of the legs also determines the stroke of the robot gaits. The control system, on the other hand, implements the various gaits for the robot to maneuver. The sensors used in the control system include the accelerometer, the compass sensor and the step touch sensors. We develop a fusion formula to take advantage of the signal from the various sensors to achieve an accurate robot position measurement. This information is useful for future distributed information network composed by the robotic team.口試委員會審定書（中文） i 口試委員會審定書（英文） ii 致謝 iii 中文摘要 iv 英文摘要 v 目錄 vi 表目錄 ix 圖目錄 x 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機、目的與背景 1 1.3 文獻回顧 3 1.4 論文架構 5 第二章 六足仿生機器人 7 2.1 機器人致動器—形狀記憶合金控制器之研發 7 2.1.1 實驗硬體介紹 7 2.1.1.1 形狀記憶合金簡介 7 2.1.1.2 鎳鈦（Ni-Ti）基形狀記憶合金的特性 8 2.1.1.3 形狀記憶合金的應用 10 2.1.1.4 形狀記憶合金致動器 10 2.2 六足仿生機器人外型結構設計 12 2.2.1 第二代六足仿生機器人（ROBOT II）外型結構設計 12 2.2.1.1 ROBOT II身體架構 13 2.2.1.2 ROBOT II足部設計與架構 15 2.2.2 第三代六足仿生機器人（ROBOT III）外型結構設計 19 2.2.2.1 ROBOT III身體架構 19 2.2.2.2 ROBOT III足部設計與架構 20 2.2.2.3 ROBOT III之形狀記憶合金佈線設計 33 2.3 控制器 34 2.3.1 嵌入式控制系統 34 2.3.1.1 嵌入式系統定義與目標 34 2.3.1.2 Windows CE簡介 35 2.3.1.3 Windows CE平台開發架構 38 2.3.2 ARM9微控制器 39 2.3.3 晶片介紹 42 2.3.3.1 類比數位轉換晶片(Analog to digital converter chip ) 42 2.3.3.2 達靈頓驅動晶片(Darlington Driver) 44 2.3.4 ROBOT III控制電路板之設計 46 2.4 六足機器人之步態控制 51 2.4.1 六足仿生機器人之步態分析 51 2.4.2 六足仿生機器人ROBOT III步態控制之實現 53 第三章 感測器融合技術 57 3.1 感測器介紹 57 3.1.1 足底壓力感測器 57 3.1.1.1 足底壓力感測器原理 57 3.1.1.2 足底壓力感測器實作設計 59 3.1.1.3 足底壓力感測器在六足仿生機器人之應用 64 3.1.2 加速規感測器 65 3.1.2.1 加速規介紹 65 3.1.2.2 加速規實際測試結果 66 3.1.2.3 加速規於機器人上之實作 67 3.1.2.4 加速規資訊應用於感測器融合技術之實驗結果 68 3.1.3 羅盤定位感測器 69 3.1.3.1 羅盤定位感測器介紹 69 3.1.3.2 羅盤定位感測器測試結果 73 3.1.3.3 羅盤定位感測器於機器人上之實作 74 3.1.3.4 羅盤定位感測器資訊應用於感測器融合技術之實驗結果 75 3.1.4 六足機器人之感測器資訊融合 76 3.2 感測器對於六足仿生機器人步態控制之影響 77 3.3 六足機器人控制器之感測器資料融合程式設計 79 第四章 實驗結果與討論 87 4.1六足機器人之感測器資料融合設計與實現 87 4.1.1 直線前進 87 4.1.2 轉彎前進 91 4.1.3 追蹤目標點 93 4.2 實驗討論 97 第五章 結論與未來展望 99 5.1 結論 99 5.2 未來展望 100 參考文獻 1013423451 bytesapplication/pdfen-US六足機器人形狀記憶合金嵌入式控制系統感測器資料融合embedded control systemsensor fusionshape memory alloy actuator (SMA)six-legged bio-mimicking robotthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61193/1/ntu-96-R94522806-1.pdf