以影像做三次元量測系統之研製

Abstract

利用動態影像系統來進行三次元曲面輪廓的精密量測是個不錯的方法，因為動態影像 系統同時具有非接觸式量測和自動化即時量測的優點。 本篇論文整合動態影系統和伺服控制系統，建立一套自動化的影像式三次元曲面棈密 量測系統，提供一種新的曲面精密量測技術。在影量測方面，擴展即時影像處理方法 應用的範圍至非接觸式曲面高度量測；在硬體架構方面，採用多微處理機同時處理架 構，提供彈性擴張能力；在系統整合方面，使用視窗圖形界面的FPLC(Fuzzy PLC) 發 展環境，操作靈活而具親和力；在應用方面，以低成本建立一套完整的曲面精密量測 設備。 本篇論文研究的工作，涵括軟體和硬體的設計與整合，研究的主要目的在實現以影進 行精密量測的構想，在作法上，以建立完整的實驗設備為首要目標，先證實影像精密 量測的構想確實可行，然後再進一步著手提高量測的精度。在經過研究實驗之後，已 成功地利用影像來完成三次元量測系統的研製。 在這篇論文中我們針對學習控制做了深入的探討，並將一種學習控制法－加強式學習 控制法則應用於機器人之力量控制。我們對不同的學習控制方法做了整理與比較，並 特別對加強式學習控制法則做詳細的介紹。由於傳統基於模型的力量控制法則在實際 應用上仍有一些限制，而學習控制與傳統控制法則比較起來最大的優點就是不須要受 控體的數學模型，所以我們針對傳統控制法則的缺失利用學習方式加以解決。在應用 加強式學習方法時，我們將學習階段分為一般性學習及特定性學習，此種策略可增快 收斂的速度，學習更為有效。文中我們將加強式學習控制應用於一個兩軸的機器手臂 的模擬，在事先不知道機器手臂的反運動學及環境狀況下經過重複的探索而逐漸找到 最佳的控制法則，達成同時控制力量與速度目。最後我們設計了一個實驗以展示加強 式學習在實際應用上的可行性。 本論文建立一個適合做衛星戉態與動態的分析和模擬的軟體。此模擬軟體係以多層方 式的方塊圖的結構建立在SIMULINK/MATLAB 之上，可在工作站的Open Window 或個人 電的MS-Window 環境上執行。此軟體所合成的衛星模式種類包括：自旋穩定(Spin Stabilization)，雙旋性(Dual-Spin) ，三軸推力控制(TRhree Axis Thruster Control)，致動輸(Reaction Wheels) ，以及單環陀螺儀(Single Gimbal Control Moment Gyros) 衛星。衛星姿態的控制法則是根據Lyapunov理論，可變結構控制 (Variable Structure Control)，和Linear Quadratic Regulator來設計和實現。此 軟骿提供使用者一個交談式圖形介面，所以使用者在模擬衛星系統時非常容易修改其 參數及分析模擬結果。本論文最後用兩個例子來說明如何使用此模擬軟體。