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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 朱元南 | |
| dc.contributor.author | Tzu-Wei Chiu | en |
| dc.contributor.author | 邱子威 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-06-15T04:14:39Z | - |
| dc.date.available | 2013-08-19 | |
| dc.date.copyright | 2011-08-19 | |
| dc.date.issued | 2011 | |
| dc.date.submitted | 2011-08-17 | |
| dc.identifier.citation | 1.顏翊凡。2009。簡易慣性導航系統對於軌跡預測之應用。碩士論文。新竹: 國立交通大學機械工程學系。
2.蘇奕倫。2009。自主式養蝦投餌機器人之研發。碩士論文。台北:國立台灣大學生物產業機機電工程系。 3. 新農業機械実用化促進株式会社, 2007,進展するロボット化技術と農業機械の開発改良, 新農機 新技術セミナー資料。 4.Arvotec. 2010. Feeding Technology for Modern Aquaculture. 5.Barshan and H.F. 1995. Inertial navigation systems for mobile robots. Robotics and Automation, IEEE Transactions on. 11(3): p. 328-342. 6.Clifford A. Goudey. 2009. Practical Aspects of Offshore Aquaculture System Design. https://www.was.org/documents/MeetingPresentations/AA2009/AA2009_0825.pdf 7.Dios, J.R.M.-d., C. Serna, and A. Ollero, 2003, Computer vision and robotics techniques in fish farms. Robotica. 21(3): p. 233-243. 8.InvenSense, Inc. 2008. Integrated Dual-Axis Gyro. 1197 Borregas, Ave. Sunnyvale, CA 94089, USA. 9.Jime, et al, 2010, Indoor pedestrian navigation using an INS/EKF framework for yaw drift reduction and a foot-mounted IMU, in Positioning Navigation and Communication (WPNC), 2010 7th Workshop on. 10.S. Julier and J. K. Uhlmann. 1996. “A general method for approximating nonlinear transformations of probability distributions,” Robotics Research Group, Department of Engineering Science, University of Oxford, Tech.Rep.. 11.S. Julier and J. Uhlmann. 1997. A New Extension of the Kalman Filter to Nonlinear Systems. In Int. Symp. Aerospace/Defense Sensing, Simul. and Controls [cited 3068; 182-193].http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.5.2891. 12.Kimberly Tuck. 2007 .Tilt Sensing Using Linear Accelerometers. AN3461. Freescale Semiconductor. 13.Kurt Seifert and Oscar Camacho.2007. Implementing Positioning Algorithms Using Accelerometers. AN3397. Freescale Semiconductor. 14.Lee, J., et al., 2007, Intelligent Navigation of Autonomous Underwater Vehicles for Cage Aquafarm Surveillance, in Proceedings of the 2007 Frontiers in the Convergence of Bioscience and Information Technologies. IEEE Computer Society. p. 867-871. 15. NEDO技術開発機構, 2009, NEDO海外レポート, 海外情報誌, 1058. 16.OECD-FAO. 2010. Agricultural Outlook 2010~2019. 17.Wan and Van Der Merwe. 2000. 'The unscented Kalman filter for nonlinear estimation. AS-SPCC. The IEEE , vol., no., pp.153-158, 2000 doi:10.1109/ASSPCC.2000.882463 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=882463&isnumber=19085 | |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/45331 | - |
| dc.description.abstract | 本研究為研發陸上養殖場用之自主式水上投餌機器人,整合定位和導航控制技術達成完全地自主性,以改變傳統陸上養殖場均以人工經營的模式並提升管理效率。投餌在養殖場是一個非常重要的過程,投餌時間應依照生物的特性,自主式投餌機器人能於白天或夜間以繞行養殖池四周的方式自動投餌,由機器人來減少人力的支出和負擔。
陸上養殖場的養殖池通常是以四面圍牆構成,為了讓機器人自主性的在養殖池上導航和定位,機器人必須能夠感知養殖池的環境和自身所處的位置。導航的基本任務就是投餌機器人沿著牆壁繞行養殖池一周,導航系統可以精確的測量投餌機器人的方位角和與牆壁保持的距離,超音波具有自動追蹤牆壁功能,實驗結果顯示機器人的與牆壁夾角大於±45度時均能有效的偵測到與牆壁的距離。距離和方位角作為模糊控制演算法的輸入,由專家知識創建的模糊推論引擎判斷行為模式,使投餌機器人行駛時能自主的調整舵角度並保持與牆壁為水平狀態。其中電子羅盤的方位角結合慣性感測單元,將載體座標透過尤拉座標轉換為導航座標,使電子羅盤傾斜時也能精確的計算方位角,而慣性感測單元的系統內部使用UKF演算法處理感測器的雜訊誤差,解決陀螺儀隨著時間而產生累積誤差的影響。 投餌機器人的定位方式使用GPS的都普勒效應(Doppler),由速度資料透過梯形積分估算移動距離,GPS結合電子羅盤的轉向角度,將行進的距離和轉向角度透過座標轉換為(X,Y)定位座標,定位的用途在於開啟投餌機設備的量測依據。因為投餌的飼料密度攸關著蝦子的成長,過量的投餌會造成水質汙染,過少則會讓蝦子生長緩慢。所以投餌機器人需定位出於養殖池中所移動的距離,並依照移動固定距離後開啟投餌機設備,投餌機依照系統的設定,機器人沿牆行進固定150公分後開啟投餌機一次並關閉,待下次行進150公分後再開啟一次,主要是將飼料均勻地散播於養殖池中。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | This research was to develop an integrated localization and navigation control system of an autonomous feeding robot for shrimp farming. Feeding is a very important process in shrimp farms. An autonomous feeding robot could feed shrimp 24 hours a day to alleviate restrictions by available human labor. The feeding robot must be able to perceive the environment and its own position. While the feeding robot should follow the bank of the shrimp pond, the navigation system should accurately measure the azimuth and bank distance. Two ultrasonic sensors are mounted on a motor-driven base to enable automatic tracking of the pond bank. Therefore the distance of the feeding robot to the bank could be accurately determined even when the robot is more than 45 degrees from the bank. A fuzzy control algorithm using azimuth and bank distance as input guides the feeding robot by adjusting the angle of the rudder to keep the robot to navigate parallel with the bank. Azimuth readings from the electrical compass combined with signals from an inertial measurement unit (IMU) are used to transform the robot local coordinates into global coordinates via Euler coordinates transformation. The electrical compass could accurately calculate azimuth even if it tilts. The IMU uses an UKF algorithm to reduce noise of the gyroscope sensor to eliminate accumulated error. The localization method uses the built-in Doppler function of a GPS to estimate the moving distance of the robot via trapezoidal integral. The result is then combined with the turning angle from the azimuth to determine the x-y coordinates of the robot. The accurate localization of the feeding robot ensures that a spreader on top of the robot could deliver feed to the shrimp pond every 150 cm or set distance to evenly spread the feed in the shrimp pond for best shrimp growth. | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-15T04:14:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-100-R98631039-1.pdf: 2448595 bytes, checksum: da0e4d2bc406611fd538504e023681c5 (MD5) Previous issue date: 2011 | en |
| dc.description.tableofcontents | 誌謝 i
摘要 ii Abstract iii 目錄 iv 圖目錄 viii 表目錄 x 第一章 前言與研究目的 1 1.1前言 1 1.2研究目的 1 第二章 文獻探討 4 2.1漁業成長率 4 2.2水產養殖場的概況 4 2.3自主式農業機器人 5 2.4機器人應用於水產養殖 6 2.4.1無人水下機器人 6 2.4.2自主式水下機器人之應用 6 2.4.3集約式海洋魚場系統 7 2.4.4自動化投餌系統 7 2.4.5機器視覺應用 8 2.5 機器人定位與導航 9 2.5.1 GPS技術 9 2.5.2 慣性導航系統 9 2.5.3 Uncented Kalman Filter(UKF)演算法 9 2.6載體姿態座標 10 第三章 研究方法與原理 12 3.1 投餌機器人架構 12 3.1.1 機器人載體 13 3.1.2感測器 14 3.1.2.1加速規 14 3.1.2.2陀螺儀 14 3.1.2.3超音波 15 3.1.2.4 電子羅盤 15 3.1.2.5 GPS 16 3.1.3微控制器 16 3.1.3.1 PIC32MX440 16 3.1.3.2 ATMEL 89S51 16 3.1.4電機設備 17 3.1.4.1直流馬達 17 3.1.4.2伺服機 18 3.1.4.3投餌機 19 3.1.5 電力設備 20 3.1.5.1鋰電池 20 3.1.5.2 太陽能板 20 3.1.5.3 充電控制器 20 3.1.6 Zigbee無線通訊模組 21 3.1.7投餌機器人整體架構 22 3.2機器人導航控制 24 3.2.1導航座標推算 24 3.2.1.1 載體姿態 24 3.2.1.2姿態座標轉換 26 3.2.2 機器人航向角度 28 3.2.2.1方位角度校正 28 3.2.2.2導航角度和轉向角度 29 3.2.3 機器人行為控制 29 3.2.3.1 超音波自動追蹤牆壁 29 3.2.3.2 行為轉向控制 31 3.3 機器人定位控制 35 3.3.1 定位方法 35 3.3.2行進距離估算 36 3.3.3 定位座標 36 3.4螺旋槳轉速控制 39 第四章 結果與討論 41 4.1 模擬與撰寫UKF程式碼 41 4.1.1 Matlab模擬UKF 41 4.1.2 C++ 撰寫UKF模組 42 4.2 陀螺儀雜訊濾除結果 43 4.2.1陀螺儀角度計算 43 4.2.2 陀螺儀與加速規資料融合 43 4.2.3 陀螺儀雜訊濾波與未濾波結果 44 4.2.4 載體座標和導航座標的方位角比較 46 4.2.5 電子羅盤方位角雜訊濾除 47 4.3 超音波距離量測 48 4.3.1超音波與待測物夾角的影響 48 4.3.2 超音波不具轉向功能 49 4.3.3 超音波自動追蹤牆壁 50 4.3.4 濾波右側超音波距離 52 4.4 GPS估算定位距離 53 4.4.1 經緯度精確性 53 4.4.2 GPS速度資料估算距離變化 56 4.4.3 (X,Y)座標的定位軌跡精確度 58 第五章 結論 59 參考文獻 61 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 定位 | zh_TW |
| dc.subject | 導航 | zh_TW |
| dc.subject | navigation | en |
| dc.subject | Localization | en |
| dc.title | 自主式投餌機器人定位與導航系統之研發 | zh_TW |
| dc.title | Development of Localization and Navigation System for an Autonomous Feeding Robot | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 99-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 周瑞仁,顏炳郎 | |
| dc.subject.keyword | 定位,導航, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | Localization,navigation, | en |
| dc.relation.page | 62 | |
| dc.rights.note | 有償授權 | |
| dc.date.accepted | 2011-08-17 | |
| dc.contributor.author-college | 生物資源暨農學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 生物產業機電工程學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位: | 生物機電工程學系 | |
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