多功能雙輪倒單擺助行車之研發

Abstract

"本論文開發一套具有多功能之雙輪倒單擺(Two-Wheeled Inverted Pendulum, TWIP)系統，展示其跟隨、助行、電動車等功能。此系統具有兩種模式：雙輪倒單擺模式和使用者模式。 在雙輪倒單擺模式中，首先我們推導系統之數學模型，設計強韌控制器來控制雙輪倒單擺系統，以MATLAB Simulink進行模擬，最後將控制器安裝於微處理器進行實驗。實驗過程中，我們發現雙輪倒單擺系統在單迴圈架構下，能夠保持平衡卻不能達到精密定位，因此進一步提出三種多迴圈追跡控制架構，來達到穩定平衡以及定位功能，並透過追跡模擬與實驗，以性能指標量化數據比較三種控制架構之性能。 在使用者模式中，系統會由雙輪倒單擺模式轉換成助行模式或座椅模式，提供不同服務功能，包含主人跟隨、助行功能、電動車。在主人跟隨部分，首先我們比較不同感測器訊號量測與跟隨表現，並結合Kinect與UWB感測器優點進行感測器切換，讓助行車在不同情況下能夠達到更好的跟隨表現。在助行模式時，使用者可以藉由扶手壓力感測決定行走方向，並在使用者小腿上配戴穿戴式裝置，資料將透過無線通訊回傳主控微處理器，並對訊號作即時分析，若主人將發生傾倒，助行車會給予及時支撐以保護使用者安全。在座椅模式時，使用者可以透過摺疊機構展開踏板乘坐休息，並藉由搖桿進行方向控制，作為電動車使用，同時也可以作為載具使用來搬運物件。 "