圖書描述
本書是一套應用KNRm控製器之智慧機器人實驗教材，包含基本之感測器與機器人運動控製實驗與實作競賽。配閤不同的實驗進度與實作競賽單元，讓使用者可以有效學習機器人相關知識並熟練KNRm機器人控製器的相關應用。教材內容涵蓋基礎LabVIEW機器人程式、馬達控製、機器人感測元件原理與應用、機器人基礎技術實作及機器人作競賽。教學內容將包括程式設計、機器人運動控製、機器人定位、環境感測器、機器人行為控製等等。透過本書之KNRm教學設備與實驗教材之研發，將協助大學院校有一套更適閤學生使用之智慧機器人實驗教材，並且更易於擴展於未來之各種機器人競賽與實際應用，有助於機器人教育之推廣。
本書特色
◎《KNR機器人實驗手冊》最新增訂版！KNRm控製器之控製介麵與驅動程式與先前之KNR已大幅更新，為瞭有助於熟習此新的KNRm控製器，亟需為其開發一套實驗教材，以利學生及對機器人控製有興趣人士使用。
◎美商國傢儀器(National Instruments, NI)最新一代之嵌入式控製器myRIO，由貝登堡國際應用myRIO嵌入式控製電路開發齣新一代之KNRm控製器，強化瞭控製器的運算效能，增加更多硬體與感測器支援，並且縮小機身體積，使機器人減少功耗，更為節電。
本書特色
◎《KNR機器人實驗手冊》最新增訂版！KNRm控製器之控製介麵與驅動程式與先前之KNR已大幅更新，為瞭有助於熟習此新的KNRm控製器，亟需為其開發一套實驗教材，以利學生及對機器人控製有興趣人士使用。
◎美商國傢儀器(National Instruments, NI)最新一代之嵌入式控製器myRIO，由貝登堡國際應用myRIO嵌入式控製電路開發齣新一代之KNRm控製器，強化瞭控製器的運算效能，增加更多硬體與感測器支援，並且縮小機身體積，使機器人減少功耗，更為節電。
著者信息
作者簡介
宋開泰
國立交通大學電機工程學係教授。1989年於比利時荷語魯汶大學取得博士學位。之後便任職於交通大學電機工程學係。同時也是颱灣機器人學會、颱灣智慧自動化與機器人協會、中華民國自動控製學會、中華民國係統學會的理事。研究領域包括移動機器人、影像處理、視覺追蹤、嵌入式係統和機電整閤。著有《KNR機器人實驗手冊》。
宋開泰
國立交通大學電機工程學係教授。1989年於比利時荷語魯汶大學取得博士學位。之後便任職於交通大學電機工程學係。同時也是颱灣機器人學會、颱灣智慧自動化與機器人協會、中華民國自動控製學會、中華民國係統學會的理事。研究領域包括移動機器人、影像處理、視覺追蹤、嵌入式係統和機電整閤。著有《KNR機器人實驗手冊》。
圖書目錄
前言
PARTＩLabVIEW Robotics & 機器人硬體元件實驗
Lab 1 LabVIEW Robotics介紹
Lab 2 KNRm控製器&機器人平颱介紹
Lab 3 直流伺服馬達控製實驗
Lab 4超音波測距環境掃描實驗
Lab 5紅外綫測距校正&類比訊號輸入實驗
PART II KNRm控製程式 & 機器人實作競賽
Lab 6超音波測距機器人沿牆走實驗
Lab 7超音波測距機器人避障實驗
Lab 8機器人平颱遙控與自主避障實驗
Lab 9機器人影像尋標與追蹤實驗
Lab10機器人自主避障尋標實驗
PARTＩLabVIEW Robotics & 機器人硬體元件實驗
Lab 1 LabVIEW Robotics介紹
Lab 2 KNRm控製器&機器人平颱介紹
Lab 3 直流伺服馬達控製實驗
Lab 4超音波測距環境掃描實驗
Lab 5紅外綫測距校正&類比訊號輸入實驗
PART II KNRm控製程式 & 機器人實作競賽
Lab 6超音波測距機器人沿牆走實驗
Lab 7超音波測距機器人避障實驗
Lab 8機器人平颱遙控與自主避障實驗
Lab 9機器人影像尋標與追蹤實驗
Lab10機器人自主避障尋標實驗
圖書序言
前言
本增訂版之前一版本「KNR機器人實驗手冊」，是一套以KNR控製器及LabVIEW為平颱的機器人實驗教材，是專門為大專學生提供一套實驗以熟習機器人關鍵技術與實務。自齣版以來已用於大學部之智慧型機器人實驗課程，成效頗佳。隨著美商國傢儀器(National Instruments, NI)公開其新一代之嵌入式控製器myRIO，貝登堡國際應用myRIO嵌入式控製電路開發齣新一代之KNRm控製器，強化瞭控製器的運算效能，增加更多硬體與感測器支援，並且縮小機身體積，使機器人減少功耗，更為節電。從2015年器WRO 大專組競賽KNRm已獲選為官方認可之機器人控製器。KNRm控製器之控製介麵與驅動程式與先前之KNR已大幅更新，為瞭有助於熟習此新的KNRm控製器，亟需為其開發一套實驗教材，以利學生及對機器人控製有興趣人士使用。
機器人是一種整閤機械、電子、電機、與電腦資訊之新興高科技産業，需要跨領域機電整閤之人纔，因此人纔之培育將是機器人産業重要之一環。 近幾年來，由於生産自動化之需求，機器人産業持續成長，工業機器人(Industrial robots)之産值屢創曆史新高，尤其是在亞洲部分已成為機器人成長最多的地區。另一方麵，由於老人看護及少子化的問題備受關注，服務型機器人(Service robots)亦成長快速，可以預見機器人將是未來另一波明星産業，世界各國皆投入大量經費進行機器人技術開發與産業發展。世界上許多國傢皆已將智慧型機器人列入重要産業發展，人纔之需求逐漸增加，培育優質專業人纔，提升機器人技術與世界接軌，實為當務之急。但目前國內多數大專院校缺乏機器人專業課程，尤其缺少機器人實務之教材與設備，若能開發一套實驗教材，提供大學部學生啓發性機器人實作相關課程，將有助於吸引學生學習機器人科技，以利未來投入機器人相關産業。
本書這是一套應用KNRm控製器之智慧機器人實驗教材，包含基本之感測器與機器人運動控製實驗與實作競賽。配閤不同的實驗進度與實作競賽單元，讓使用者可以有效學習機器人相關知識並熟練KNRm機器人控製器的相關應用。教材內容涵蓋基礎LabVIEW機器人程式、馬達控製、機器人感測元件原理與應用、機器人基礎技術實作及機器人作競賽。教學內容將包括程式設計、機器人運動控製、機器人定位、環境感測器、機器人行為控製等等。透過本書之KNRm教學設備與實驗教材之研發，將協助大學院校有一套更適閤學生使用之智慧機器人實驗教材，並且更易於擴展於未來之各種機器人競賽與實際應用，有助於機器人教育之推廣。
感謝交大電控所劉鴻燊先生及張嶽傳先生協助本書中之實驗程式及教材內容撰寫，感謝交大電機資訊國際學位學程Mr. Susanto協助LabVIEW實驗程式編撰及實驗驗證。
本增訂版之前一版本「KNR機器人實驗手冊」，是一套以KNR控製器及LabVIEW為平颱的機器人實驗教材，是專門為大專學生提供一套實驗以熟習機器人關鍵技術與實務。自齣版以來已用於大學部之智慧型機器人實驗課程，成效頗佳。隨著美商國傢儀器(National Instruments, NI)公開其新一代之嵌入式控製器myRIO，貝登堡國際應用myRIO嵌入式控製電路開發齣新一代之KNRm控製器，強化瞭控製器的運算效能，增加更多硬體與感測器支援，並且縮小機身體積，使機器人減少功耗，更為節電。從2015年器WRO 大專組競賽KNRm已獲選為官方認可之機器人控製器。KNRm控製器之控製介麵與驅動程式與先前之KNR已大幅更新，為瞭有助於熟習此新的KNRm控製器，亟需為其開發一套實驗教材，以利學生及對機器人控製有興趣人士使用。
機器人是一種整閤機械、電子、電機、與電腦資訊之新興高科技産業，需要跨領域機電整閤之人纔，因此人纔之培育將是機器人産業重要之一環。 近幾年來，由於生産自動化之需求，機器人産業持續成長，工業機器人(Industrial robots)之産值屢創曆史新高，尤其是在亞洲部分已成為機器人成長最多的地區。另一方麵，由於老人看護及少子化的問題備受關注，服務型機器人(Service robots)亦成長快速，可以預見機器人將是未來另一波明星産業，世界各國皆投入大量經費進行機器人技術開發與産業發展。世界上許多國傢皆已將智慧型機器人列入重要産業發展，人纔之需求逐漸增加，培育優質專業人纔，提升機器人技術與世界接軌，實為當務之急。但目前國內多數大專院校缺乏機器人專業課程，尤其缺少機器人實務之教材與設備，若能開發一套實驗教材，提供大學部學生啓發性機器人實作相關課程，將有助於吸引學生學習機器人科技，以利未來投入機器人相關産業。
本書這是一套應用KNRm控製器之智慧機器人實驗教材，包含基本之感測器與機器人運動控製實驗與實作競賽。配閤不同的實驗進度與實作競賽單元，讓使用者可以有效學習機器人相關知識並熟練KNRm機器人控製器的相關應用。教材內容涵蓋基礎LabVIEW機器人程式、馬達控製、機器人感測元件原理與應用、機器人基礎技術實作及機器人作競賽。教學內容將包括程式設計、機器人運動控製、機器人定位、環境感測器、機器人行為控製等等。透過本書之KNRm教學設備與實驗教材之研發，將協助大學院校有一套更適閤學生使用之智慧機器人實驗教材，並且更易於擴展於未來之各種機器人競賽與實際應用，有助於機器人教育之推廣。
感謝交大電控所劉鴻燊先生及張嶽傳先生協助本書中之實驗程式及教材內容撰寫，感謝交大電機資訊國際學位學程Mr. Susanto協助LabVIEW實驗程式編撰及實驗驗證。
圖書試讀
Lab 5紅外綫測距校正&類比訊號輸入實驗
1. 實驗目的：
●學習KNRm類比電壓量測方式。
●瞭解紅外綫近接感測器原理與使用方式。
2. 原理說明：
2.1 KNRm類比電壓量測
KNRm主機中內建A/D(Analog-to-digital converter)類比電壓量測通道，可以連接廣泛的感測器並量測感測器的類比電壓，如紅外綫、傾斜儀、陀螺儀等感測器。KNRm 主機總共有16組類比電壓通道，分彆為二個群組(channel 0-7, 8-15)。使用者可以決定每一個群組為single-ended 或differential 模式輸入。在single-ended模式，感測器的正端可接到某個AI channel，負端可接到AI GND。在differential 模式，電壓數據會由兩個AI channel 組成，例如正端接到AI 0，負端接到AI 1。在single-ended 模式，可量測到的電壓範圍為0V~4.5V。 在differential 模式，可量測到的電壓範圍為 -4.5V~4.5V。
KNRm類比電壓輸入的位置如圖5-1有兩種介麵設計，第一為彈簧接頭共提供14個接點，此接點在陣列中錶示為2~16。由左至右第3到8的接點為6組類比電壓輸入可使用單芯綫與感測器訊號進行連接，而感測器所需之電源則可利用KNRm所提供的電力供應，第1、2個接點為5V電源輸齣，第9~14為電源接地。第二種為紅外綫測距儀連接埠共兩個，每一個連接埠都有5V、GND與訊號綫，此接點在陣列中錶示為0、1。所以KNRm最多能夠擁有16組的類比電壓輸入，用來量測感測器的資訊。
2.2 紅外綫測距儀工作原理
紅外綫測距儀能夠感測前方的物體，生活中應用相當廣泛，如常見的自動感應水龍頭、自動沖水等。KNRm的紅外綫測距儀如圖5-2所示為Sharp GP2Y0A21YK0F，有效的感測距離約10~80 cm，工作電壓為4.5~5.5V，輸齣的形式為類比電壓。此類型的紅外綫感測器如圖5-3採用的是一維PSD(1-D Position Sensitive Detector)的方式進行位置測，PSD能夠在一維空間進行多點的感測，能夠得知入射光綫的位置。紅外綫感測器具有紅外綫(IR)發射器以及一維的PSD元件，當感測器發射紅外綫光束至物體錶麵時，會因為距離不同，將光束反射在PSD元件對應的位置上，依據光綫抵達的位置不同，可以推算物體錶麵的與紅外綫感測器的距離。
1. 實驗目的：
●學習KNRm類比電壓量測方式。
●瞭解紅外綫近接感測器原理與使用方式。
2. 原理說明：
2.1 KNRm類比電壓量測
KNRm主機中內建A/D(Analog-to-digital converter)類比電壓量測通道，可以連接廣泛的感測器並量測感測器的類比電壓，如紅外綫、傾斜儀、陀螺儀等感測器。KNRm 主機總共有16組類比電壓通道，分彆為二個群組(channel 0-7, 8-15)。使用者可以決定每一個群組為single-ended 或differential 模式輸入。在single-ended模式，感測器的正端可接到某個AI channel，負端可接到AI GND。在differential 模式，電壓數據會由兩個AI channel 組成，例如正端接到AI 0，負端接到AI 1。在single-ended 模式，可量測到的電壓範圍為0V~4.5V。 在differential 模式，可量測到的電壓範圍為 -4.5V~4.5V。
KNRm類比電壓輸入的位置如圖5-1有兩種介麵設計，第一為彈簧接頭共提供14個接點，此接點在陣列中錶示為2~16。由左至右第3到8的接點為6組類比電壓輸入可使用單芯綫與感測器訊號進行連接，而感測器所需之電源則可利用KNRm所提供的電力供應，第1、2個接點為5V電源輸齣，第9~14為電源接地。第二種為紅外綫測距儀連接埠共兩個，每一個連接埠都有5V、GND與訊號綫，此接點在陣列中錶示為0、1。所以KNRm最多能夠擁有16組的類比電壓輸入，用來量測感測器的資訊。
2.2 紅外綫測距儀工作原理
紅外綫測距儀能夠感測前方的物體，生活中應用相當廣泛，如常見的自動感應水龍頭、自動沖水等。KNRm的紅外綫測距儀如圖5-2所示為Sharp GP2Y0A21YK0F，有效的感測距離約10~80 cm，工作電壓為4.5~5.5V，輸齣的形式為類比電壓。此類型的紅外綫感測器如圖5-3採用的是一維PSD(1-D Position Sensitive Detector)的方式進行位置測，PSD能夠在一維空間進行多點的感測，能夠得知入射光綫的位置。紅外綫感測器具有紅外綫(IR)發射器以及一維的PSD元件，當感測器發射紅外綫光束至物體錶麵時，會因為距離不同，將光束反射在PSD元件對應的位置上，依據光綫抵達的位置不同，可以推算物體錶麵的與紅外綫感測器的距離。
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