嵌入式作業系統期末專題提案 & 可行性分析 拉亞計畫授課老師：黃育綸 教授

執行學生：梁家維

Outline

緣起、限制及發想

SCAMPER

背景知識 & 技術

預計架構

目標分析

時程規劃

緣起,限制及發想

緣起、限制及發想-01/03緣起 有此一計畫的概念主要是源自於看到了如右的短片：

其涉及之主題包括如下：

• 四軸飛行器

• 群集智能

• 雷達掃描後之3D繪圖建構模型

• 特徵比對

• 急難救助

緣起、限制及發想-02/03限制 看完了剛剛的影片之後，我想到之前參與四軸飛行器製作時的一些內容，尤其是其飛行的限制：

• 在相對空曠之空間表現較好(因氣流關係)

• 電池容量和其飛行時間及載重有極大關聯

• 即使停留在空間中亦不斷耗電

• 旋翼轉動時危險性相當高

• 飛行中墜落後機體通常都幾乎損毀

緣起、限制及發想-02/03發想 針對四軸飛行器的問題，並針對以下條件

• 在倒塌的建築物中或相對狹窄的環境

• 想要長時間進行任務

• 降低對於外界之危險性以及動力停止下之機體完整性

有足爬行可偵測載具

SCAMPER

SCAMPER-01/04使用法則選取

S (替代)

C (合併)

A (調適-微調)

M(修改-大幅更動)

P (其他用途)

E (消除)

R (重排)

四軸飛行器 有足地面爬行器

雷達掃描 超音波掃描

載具 + 避障 + 雷達掃描 地圖探測

GPS定位&測速 滑鼠測速

SCAMPER-02/04Substitute (替代)

四軸飛行器 有足地面爬行器(載具轉換)

耗電量的問題

定點懸停及控制

狹窄環境

雷達掃描 超音波掃描 (掃描)

裝置取得較為不易

倒塌範圍空間較小

SCAMPER-03/04Combine (合併)

載具 + 避障 + 水平平衡 + 速度偵測 + 雷達掃描 地圖探測

避障：閃避路上的物體並持續行走

水平平衡：保證超音波掃描為水平量測

速度偵測 + 雷達掃描：能夠做為地圖拼接的基本概念

希望完成類似於即時戰略遊戲中地圖探測的功能，能夠將原本完全未知的地圖

狀態修改成為有障礙物或無障礙物的狀態，以利使用者了解路線上之狀態。

SCAMPER-04/04Adapt (調適)

GPS定位以及測速 滑鼠測速

災難現場或崩塌的環境下

外界定位亦相當困難

利用本身量測已走多遠距離以及多快速度前進

背景知識 & 技術

背景知識 & 技術-01/01地面爬行載具-四足蜘蛛機器人 參考自以下網址：• http://regishsu.blogspot.tw/p/blog-page_20.html

主要借重於其硬體設計，其實際測試成果如右影片所示：

目前其架構僅有：

• 基本的硬體連線

電源部分、馬達訊號部分

• 基本的步態程式

前進、後退、左旋、右旋、三腳平衡

背景知識 & 技術-02/02超音波掃描 參考自以下網址：• http://howtomechatronics.com/projects/arduino-radar/

以其架構為基礎，其實際測試成果如右影片所示：

目前其架構僅有：

• 基本的硬體連線

電源部分、馬達訊號部分

• 基本的步態程式

前進、後退、左旋、右旋、三腳平衡

背景知識 & 技術-03/03Multi-thread 嵌入式作業系統所學的內容

預計架構

預計架構–01/機械結構 & 電力架構

以黃色線條圈住為伺服馬達 - MG-90

電力架構如下：

12V電池

DC-DC(5V) DC-DC(6V)

MG-90MG-90

MG-90

MG-90

Arduino pro mini-1

Arduino pro mini-2Raspberry pisensors

預計架構–02/控制器架構

整體架構概念如下 Raspberry pi

類似於大腦的概念，將所有資訊進行統整並計算相關結果，最後再將運動指令傳送給Arduino pro mini-2。

Arduino pro mini-1

類似於受器的概念，將外界偵測到的相關資訊回傳至本身後再進行簡單濾波等動作，並最終傳送至Raspberry pi。

Arduino pro mini-2

類似於動器的概念，將Raspberry pi之動作或平衡指令對應相關的伺服馬達進行控制。

MG-90MG-90

MG-90

MG-90

Arduino pro mini-1

Raspberry pi

sensors

Arduino pro mini-2

預計架構–03/作業系統架構

尚在思考中...Raspberry pi

目標分析

目標分析–01/05自平衡機制 原先是利用右圖的運動學去求出到每個位置時其各關節角度為何。

自平衡機制即為到固定位置時(沒有進行移動)利用同樣的方式去回推各個角度的值為如何可以使加速規的值為水平。

目標分析–02/05超音波掃描 利用國中所學的回聲公式：

得到各個方位多遠有障礙物，並且配合伺服

馬達轉動角度的值，在系統中計算障礙物和

本身之間的相對關係。 1

2

v tS

S S

目標分析–03/05滑鼠距離偵測 利用國中所學的回聲公式：

得到各個方位多遠有障礙物，並且配合伺服

馬達轉動角度的值，在系統中計算障礙物和

本身之間的相對關係。 1

2

v tS

S S

目標分析–04/05地圖拼接概念圖-1/2 假設能夠確定移動速度及方位保持固定

• 假設每個時間單位內移動兩格

1 2 3

1 2 3

目標分析–05/05地圖拼接概念圖-2/2

1 2 3

時程規劃

目標簡易內容1. 底層基本動作指令 &馬達控制分解 [Arduino]◦ Arduino servo motor

2.紅外線避障 [Arduino]◦ 紅外線模組 Arduino Raspberry Pi(記錄) & servo motor (動作)

3. 自平衡機制 [Arduino 、Raspberry pi]◦ 加速規模組 Arduino Raspberry pi(計算 &平衡指令) Arduino servo motor

4. 超音波掃描 [Arduino]◦ 超音波模組 Arduino Raspberry pi(計算)

5.滑鼠距離偵測 [Raspberry pi]◦ 滑鼠 Raspberry pi

6.地圖拼接 [Raspberry pi]◦ 4.之結果 + 5.之結果 Raspberry pi(計算 &回傳呈現)

週次及預定進度Week Date Target Note

0911/08 ~ 11/14

(11/10)

1011/15 ~ 11/21

(11/17)

1111/22 ~ 11/28

(11/24)Lab05

1211/19 ~ 12/05

(12/01)Lab06

1312/06 ~ 12/12

(12/08)

1412/13 ~ 12/19

(12/15)

1512/20 ~ 12/26

(12/23)Lab07

1612/27 ~ 01/02

(12/29)表定 demo時間

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