智慧型两轮轻量化移动载具之设计与实现.PDF

2008年民生電子研討會 智慧型 兩輪輕量化移動載具之設計與實現 蔡宗書 林信宏 黎靖 南台科技大學電子工程系 南台科技大學電子工程系 南台科技大學電子工程系 M9535106@.tw Xhl74212@.tw leejing@.tw 摘要 投入資金及人力開發類似的產品 ，同時也激起我們 研發類似產品的熱忱 。 本文設計與實現具有自我平衡能力 之智慧型 兩輪輕量化移動載具。本移動載具配備傾斜儀與陀 2. 智慧型 兩輪輕量化移動載具 之設計概念 螺儀 ，可以量測移動載具的傾斜角度與角加速度， 據以判斷載具的平衡狀態，並以編碼器讀取馬達的 本文設計之智慧型 兩輪輕量化移動載具 (以下 轉速及轉向 ，上述資訊傳送至單晶片微控制器，經 簡稱為兩輪載具 )如照片所示。1 本兩輪載具配備了 由模糊演算法 決定伺服馬達轉速及轉向，進而達成 傾斜儀與陀螺儀以模擬人體的內耳平衡器官 “前庭 ” 移動載具的自我平衡。 及 “半規管” ，因此不同於傳統三輪或四輪機器人， 只需要兩個輪子就可以保持平衡，具備迴轉半徑小 關鍵詞 : 兩輪移動載具 、模糊控制 的優點，可以靈活的在窄小的空間穿梭。 1. 前言 人的內耳平衡器官包括 “前庭 ”及 “半規管” 。透 過“前庭 ”及 “半規管” ，內耳會將我們的位置、或加 近年來石油資源趨枯竭，新興國家對石油的需 速等變化傳送給大腦，然後通過大腦控制身體的肌 求又大幅擴張，導致油價高漲，各種交通運輸工具 肉作出協調，再作出適當的反應使人保持平衡；同 的市場需求受到嚴重衝擊。因此，世界各國無不以 樣的，當 本兩輪移動載具 姿態不平衡時 ，傾斜儀就 創新的思維，加緊研發智慧型輕量化移動載具以符 會偵測出傾斜的角度，而陀螺儀則偵測傾斜變化的 合環保、省能、安全、舒適、在地化等需求；行政 速度，並將資料傳送給電腦，電腦則會使用的模糊 院95 年產業科技策略會議也將智慧型車輛產業的 理論模擬人的思考方式，指示輪子轉動前進或後退 推動列為重要施政方針[1] 。 以保持車身平衡。同樣的道理也可以用來控制 兩輪 移動載具的前進及後退，只要傳送信號使電腦誤以 智慧型輕量化移動載具可以區分為「足行式」 與「輪行式」兩大類。在構造上，足行式載具 構造 為車身向前或向後傾倒，電腦就會下指令以適當的 速度轉動輪子使車子向前或向後前進 。 複雜、面對多變化的路面，要控制其動態穩定比較 困難，移動速度也較慢。相對的，輪行式載具動態 穩定較容易達成，移動所需的能量也較小，通常移 動速度比足行式機器人快。目前最常見的輪形載 具 ，其基本架構是由兩個獨立驅動輪加上一或兩個 輔助輪，成為三輪或四輪式的移動平台，經由調整 兩驅動輪的速度差，載具便可在平面上直線運動、 曲線運動或原地旋轉。三輪或四輪載具的缺點是靈 活度不夠，行進方向受限於載具的朝向方向，因此 在定位時往往必須像汽車路邊停車一樣，必須一再 前進與後退，才能停入平行的停車格。 為了減少佔地面積並增加靈活度，近年來有幾 款成功的雙輪式載具，其中最令人矚目的是 Dean Kamen 與他的團隊發明設計的「賽格威」（Segway ） [2] 。「賽格威」是一種具有自我平衡能力之二輪運 輸載具，上市前 「賽格威」被視為嶄新的交通工具 而前景一片看好，但由於價格昂貴，因此上市後並 照片 1 、智慧型 兩輪輕量化移動載具 沒