南台科技大学雸机工程穷

1南台科技大學電機工程系專題製作報告題目機器螞蟻的設計與製作實現指導教授：謝銘原教授班級：四技機電四甲、機電四乙製作學生：孫蜂揮學號：49522078施博仁49522051蔡育銘49522008中華民國九十八年十一月六日2目次目次...........................................................1圖目錄.........................................................3摘要...........................................................6第一章簡介....................................................71.1前言.................................................71.2研究動機與目的......................................81.3研究報告架構........................................9第二章研究題目說明與探討......................................102.1六足機器人介紹.......................................102.2樂高簡介.............................................122.3機器螞蟻競走比賽.....................................13第三章硬體架構................................................143.1硬體零件介紹..........................................143.2機構製作流程與設計...................................19第四章軟體架構................................................244.1樂高應用軟體….......................................244.2LEGOMINDSTORMSEduNXT程式簡介.................244.3程式編輯指令介紹.....................................2534.4程式撰寫............................................28第五章實驗..................................................315.1實驗步驟...........................................315.2路徑規劃............................................325.3機器螞蟻轉彎探討....................................335.4實際操作結果........................................34第六章討論與建議.............................................36第七章結論...................................................38參考文獻......................................................39附錄A操作手冊...............................................41附錄B機器螞蟻競走比賽規則...................................444圖目錄圖2.1六足機器人..............................................10圖2.2六足機器人步態說明圖....................................11圖3.1六足機器螞蟻實體圖.......................................14圖3.2樂高主機（a）第一代-RCX（b）第二代-NXT..................15圖3.3NXT主機操控介面.......................................15圖3.4樂高馬達（a）外觀圖（b）內部構造圖.......................17圖3.5樂高光源感測器...........................................17圖3.6樂高光源感測器與人眼視覺差別.............................18圖3.7樂高聲音感測器...........................................18圖3.8馬達的配置...............................................19圖3.9齒輪的連動機構...........................................20圖3.10足部步幅控制閥..........................................20圖3.12控制閥高低影響示意圖....................................21圖3.12機器螞蟻的光源感測器....................................21圖3.13感測器支撐架............................................22圖3.14主體機構................................................22圖3.15機構完成圖..............................................23圖4.1NXC與NXT-G程式碼大小比較示意圖.....................245圖4.2NXT-G介面.............................................25圖4.3指令區塊...............................................25圖4.4馬達指令................................................26圖4.5等待區塊條件子區塊......................................27圖4.6程式流程方塊圖..........................................28圖4.7光源感測器（a）感測示意圖（b）實體圖....................29圖4.8光源感測判斷流程圖......................................29圖4.9光源感測器設定值........................................30圖5.1實驗流程圖..............................................31圖5.2機器螞蟻模擬場地........................................31圖5.3實際比賽場地............................................32圖5.4預估路徑................................................32圖5.5機器螞蟻實際路線........................................33圖5.6機器螞蟻右轉步態說明....................................33圖5.7操作員比賽場地實地量測..................................34圖5.8操作員實地模擬測詴......................................35圖5.9實際比賽情形............................................35圖6.1機器人腹部..............................................37圖A1NXT主機操作介面........................................416圖A2NXT主機開機畫面動畫..................................41圖A3NXT主選單畫面........................................42圖A4NXT主機程式執行步驟..................................42圖A5NXT充電器…...........................................43圖A6NXT主機電池...........................................43圖B1機器螞蟻參考作品........................................44圖B2機器螞蟻賽跑第一場場地圖................................46圖B3機器螞蟻賽跑第二場場地圖...............................487摘要本專題以六足機器人為架構，為研究其足部運動機構，參考生物-昆蟲為範本，設計一六足機器螞蟻並藉由參加機器螞蟻競走比賽驗證其實驗成果。本專題主要以機構設計為主，程式撰寫為輔，機器螞蟻設計以樂高NXT套件箱作為組裝之零件，透過機械原理研究運動機構加以組裝完成，配合NXT馬達與感測器使用，並以樂高開發程式NXT-G來撰寫程式，透過光源感測器完成螞蟻路徑行走判斷的動作，以聲音感測器判斷比賽開始之哨音。經過反覆模擬實驗，不斷改進其機構，透過問題點探討與解決，最後完成機器螞蟻的機構設計與動作，並且參加比賽驗證推導理論。8第一章簡介1.1前言隨著現今科技的快速發展，機器人相關產業的開發與研究，已成為全世界主要發展趨勢，而機器人應用的範疇也越來越廣泛。以日本來說，日本將智慧型機器人涵蓋在其新產業創造戰略七大領域中，根據日本機器人協會（JARA）調查，日本國內智慧型機器人需求統計，預計將由2005年110億美元成長至2010年249億美元，日本政府於2001年正式宣布執行「RobotChallenge計畫」，計畫中包括要修改法律，允許機器人合法地在醫院等地工作，主要產品包含產業用途機器人、家庭用途機器人、休閒娛樂用途機器人、人形機器人、特殊用途機器人等。由此可見，機器人對於我們生活的便利性是慢慢趨向重要的地步。為了使世界各國的機器人研究領域交流更為頻繁，因此舉辦了各項機器人競賽，促進技術之交流。機器人競賽是近年來國際上迅速開展起來的一種高技術對抗活動，它涉及人工智慧、智慧控制、機器人、通訊、傳動感測及機構等多個領域的研究和技術融合。它集高技術、娛樂和比賽於一體，引起社會上的廣泛關注和極大興趣。目前，國際上推出各種不同類型的機器人比賽，如機器人足球、機器人舞蹈、機器人全能賽…等。本專題以六足機器人-機器螞蟻來設計與製作，並參加「2009年全國智慧型機器人大賽」的「機器螞蟻」項目。本專題以LEGOMINDSTORMSNXT9797製9作比賽用機器人套件箱為製作材料，並使用MINDSTORMSNXTNXT-G撰寫機器人程式碼再進行編譯、壓縮再燒錄至NXT中。藉由機構設計、感測器用與程式撰寫達