應用具有嵌入式主動視覺無線網路系統於自走車之研究

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Title:	應用具有嵌入式主動視覺無線網路系統於自走車之研究
Other Titles:	The Investigation of the Wireless Network System with Embedded Active Vision for Mobile Robot
Authors:	黃志良
Contributors:	淡江大學電機工程學系
Date:	2007
Issue Date:	2009-03-16 16:42:09 (UTC+8)
Abstract:	近年來各類型機器人廣為開發及產業界使用，未來機器人發展趨勢主要為導覽型、軍事用型、居家照護型及娛樂型，預計兩年後台灣每年產值由一百億元，開始成長。而在機器人之研究，除了兩足機器人外，對於適合機器人的運動空間系統及各種智慧型功能之開發亦是很迫切的研究課題。所謂的運動空間系統，指具有視覺監控及無線網路傳輸之空間系統，所謂的智慧型功能，例如，(i)循著走廊，(ii)循著牆壁，(iii)倒退停放，(iv) 平行停放，(v)行進轉角，(vi)門之偵測，(vii)路徑追蹤，(viii)閃避(靜或動態)障礙物，及(ix)動態目標之追蹤等。由於SOC(System on Chip)技術日益進步，使得嵌入式系統功能越來越多，而且體積越來越小，它具備了下列的特性：(i)執行特定功能，(ii)以微電腦與周邊構成核心，(iii)嚴格的時序及穩定性的要求，(iv)全自動操作循環，(v)系統功能簡單有效。眾所周知，主動式視覺之優點在於可以大幅增加可視範圍，然而其亦有如下的缺點：(i)高複雜度：主動視覺必須由機動化之透鏡、動態、視覺投影變形三方面進行校正，(ii)極高的準確性要求：攝影機的角度若偏差一度所投影出的面積擦差異很大，(iii)攝影機相關參數之建立缺乏準確性：視覺之相關轉換方程式是由影像系統與伺服系統之動態方程式結合而成，而系統之建模(Modeling) 無法很精確地獲得。此外，由於機器人之動態行為複雜，而其相關整合系統更複雜，基於此現象，我們將應用模糊邏輯系統的優點(即不須要精確的數學模式)，開發其各種智慧型功能。機器人最基本的研究之一，即是定位(Localization) 問題，有效解決之道可應用Kalman 濾波器，評估其位置，但為同時執行各種智慧型功能，會造成系統時間的延遲，以致於系統操作頻寬的降低，緊接著自走車的操控動作變緩慢(或使得操控功能降低)。為排除此困難，首先，在適當的位置安排數個以兩個步進馬達驅動之嵌入式主動CCD 系統(即兩個自由度的CCD)，監視相關空間，並結合無線網路傳輸，進行所謂的「嵌入式主動視覺無線網路空間系統」，以獲得相關空間的資訊，例如自走車及障礙之位置，以進行數部不同種類自走車的避障及路徑(或目標)追蹤。當數部自走車維持固定的相對位置通過一區域，可獲得如下之優點：(i)簡化運動控制，(ii)避免彼此碰撞，(iii)有能力操作環境中的物件。而且相關隊形編列的應用如物件的搬運、監視、有效率的運輸系統、編隊飛行及太空船編隊等。本計畫亦將以MLP 類神經網路建立視覺座標與世界座標的關係，嘗試以粒子群體最佳化(Particle Swarm Optimization)學習法則獲得相關之權重值，並與Extended Kalman Filter 所評估的結果互相比較。綜合以上之論述，本三年期專題研究計畫定為「應用具有嵌入式主動視覺無線網路系統於自走車之研究。」(1)第一年：「在嵌入式主動視覺無線網路空間內之自走車的定位及導引；(2)第二年：「在嵌入式主動視覺無線網路空間內之自走車的模糊行為控制」；(3)第三年：「在嵌入式主動視覺無線網路空間內之多部自走車隊形編列及任務合作。
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