以混合型微控制器系统在智慧型机器人之应用-昆山科技大学.pdf

崑山科技大學學報第七 期第 37~48頁（民國 99 年8月） Journal of Kun Shan University, No.7, pp. 37~48 (August, 2010) 以混合型微控制器系統在智慧型機器人之應用 * ** 呂順利 方男榮 * 崑山科技大學電子工程系 ** 崑山科技大學電子 工程研究所 摘要 機器人與人類互動是現在研究機器人非常重要領域，因為我們需要它能具有更多能 力。因此本文將設計一套混合型微控制器系統來實現智慧型機器人控制，此系統是整合 四種不同晶片。它包括：(1)直流伺服馬達控制 (2)Zig-Bee通訊遙控系統(3)語音辨識 (4) 影像圖形辨識。移動是機器人一個很重要考量因素之一，因為它必需完成各種複雜工 作。首先，應用直流伺服馬達控制技術就是它來完成機器人運動。 Zig-Bee通訊遙控系 統是依據 IEEE通訊協定之遙控技術。語音辨識技術就是當人們受限於手臂時的自然互 動技術，它可以依據我們指令動作。最後是視覺系統，利用影像圖形辨識技術使機器人 能辨識物件外形並為我們提供結果。使用上述整合技術，經由實測結果，互動效果十分 良好，因此本文所提出方法是十分適合於機器人控制。 關鍵詞： 機器人、伺服馬達、語音辨識、影像圖形辨識 一、緒論 在現今的世界中，以機器人代替人類的工作，已經越 來越多了，在工廠中也設計 出，可取代人類工作和生產的機器人，以解決勞動力的短缺。實際上，可以像人一樣具 有思考與行動能 力的機器人，也會漸漸出現在我們的週遭，例如可以自動進行掃除工作 的家用機器人，於軍事用途上，也已經有出現可代替士兵，從事危險的活動，如偵查、 爆破等，在伊拉克戰爭中，美國就使用無人偵查機，進行全天候監視任務。故從現在世 界工業發展的潮流來看，機器人是各國科技實力的集中表現，研發機器人是國家經濟與 國防實力發展一條必經之路 [1] 。 隨者科技進步，各種先進技數位處理術已經廣泛使用於機器人控制，機器影像處 理技術廣為重視、其研究範圍甚為廣泛，例如有使用顏色[2] ，外形來進行物體影像採頡， 以追蹤物體[3,4] 。在影像圖形識別有車輛牌照 辨識系統[5] 。語音信號處理上可利用隱 藏式馬可夫模型進行語音辯識研究 [6,7] 。在機器人運動控制上，如伺服馬達控制與無線 傳輸上有相當多的實用技術。 本文是要引介吾人所設計一台具有影像辨識和語音辨識，並能進行遠端遙控的四 足機器人，因足型機器人比輪型機器人，更能克服地形之障礙，故捨棄輪型機器人之設 計，但足型機器人在控制上較為複雜，在設計上是一大挑戰。在機器人身上裝置攝影機， 37 崑山科技大學學報第七 期 （民國99 年8月） 讓使用者在遠端使用電腦 來觀看遠端的時況，並依影像辨識的功能，可適時的做出自動 閃躲障礙物的 判斷，並在人眼可視範圍內，讓使用者利用語音下達指令，對機器人進行 控制，而不用再攜帶龐大的監控設備。 本作品可應用於危險環境進行探勘，任何危險、狹小及人類不適合到達的地點， 都可以藉由此機器人前往取得現場環境，並可利用所配備的機器手臂，帶回事故現場的 樣品進行 分析，例如發生事故的礦坑、火災現場、倒塌的大樓等。 二、系統架構 本文所提出的機器人硬體架構 分為三個 子系統圖一為系統架構圖， 。它們分別為 ： (1)機器人本體 ，(2)個人電腦 ，(3)語音 辨識控制系統。第一個子系統包括微處理機控制 器及動力驅動模組 、CCD影像採擷模 組、Zig-Bee無線傳輸模組。第二個子系統包括式 語音辨識 與Zig-Bee無線傳輸模組，此系統功能是要提供語音控制操作介面能指揮機器人 工作。第三個子系統包括個人電腦 、Zig-Bee無線接