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作者:馬安一(2005-10-20);推薦:徐業良(2005-10-20)

無線遙控載具之設計製作計畫書

1.     計畫背景

陸軍核生化防護中心計畫將市售之電動代步車(如圖1)改裝為無線遙控,希望能在室外使用、有相當的遙控距離,載重能力及電池續航力也有一定水準,同時在載具上裝置攝影機,能以無線方式得到視訊回饋,未來也可加裝機械手臂或其他裝備。

1. 市售之電動代步車(必翔TE-888WAB

無線遙控載具主要包括行動載具、無線遙控系統、及視訊傳輸系統等三個子系統,均將選擇合適之市售系統改裝、整合而成。以下即就此三個子系統分別討論合適之市售系統規格,提出設計概念以及整體設計製作規劃。

2.     行動載具

本計畫之行動載具將採用一般市售之電動代步車改裝,此類型之電動代步車技術已十分成熟,載重能力及電池續航力有一定水準,可靠度亦佳。如表1中所示。

型別

TE-888WAB

××

865×559×1016mm

總重量(含電池)

77.1kg

電池

12V/34Ah×2

電池重量

10.4kg

最高速度

8km/h

序航力

32km

載重量

113kg

最大爬坡高度

控制器

PG VSI

充電形式

On board 24V 3A

1. 電動代步車基本規格表

如圖2所示,此類型電動代步車可方便拆解為獨立模組,與其他子系統整合。圖2中標示1~5分別為座椅、代步車外殼、底盤、電池、防傾輪。

2. 電動代步車拆解圖

行動載具必須能與無線遙控系統整合,遙控其前進、後退、與轉向。電動代步車轉向方式,是利用控制左右後輪獨立馬達的轉速,利用差速的方式完成轉向動作,前輪則配置萬向輪;電動代步車之控制器,則採用以系統整合完成之PG VSI控制器(如圖3)。PG VSI控制器整合搖桿控制與直流馬達驅動器於一控制盒中,使電動代步車之底座僅配置電池與驅動馬達等機械元件。

3. VSI控制器

3.     無線遙控系統

如前所述,控制行動載具所有訊號輸入與馬達驅動輸出,均被整合在VSI控制器中。當使用者由控制搖桿輸入訊號後,會將四向控制訊號轉成兩組頻率為19.5kHzPWM訊號,其PWM脈波長度需經測量後才可得知,之後由兩組PWM訊號驅動馬達控制IC,控制兩馬達之轉速輸出。

本計畫中僅需將輸入訊號部分改成無線遙控方式,將採用市售遙控模型的遙控器(如圖4)。行動載具行走控制可利用雙動(可送出兩組控制訊號)遙控器達成,但若希望可由單一遙控器達成多種功能控制,則可以選用69動遙控器。遙控器之傳輸頻率為36MHz,在傳輸距離大約在500~1000m之間(視接收器性能而定),而遙控器發出訊號由接收器接收後,同樣是產生PWM訊號,經量測後其頻率約為52.08Hz,脈波長度約為1.5ms,如要取代VSI中的搖桿輸入訊號或19.5kHzPWM訊號,需要做訊號轉換處理,有待進一步研究。

4. Futaba 9ch遙控器與RC Servo

如無法以無線遙控器之訊號直接取代VSI中的搖桿輸入訊號,另一個可能的方式是設計一個外加機構,接受無線遙控器之訊號控制VSI上搖桿,如圖5所示。接收器接收遙控端訊號後,轉成PWM的訊號驅動RC Servo直流伺服馬達,使伺服擺臂做左右約45度的擺動,同時伺服擺臂的作動範圍大小,可由使用者在遙控端搖桿訊號輸入之大小決定。在實際動作應用上,可利用兩個RC Servo模擬機械手臂動作,達成X-Y軸之移動控制,進而去撥動VSI控制器上的搖桿。若進一步了解控制搖桿之訊號輸入觸動方式,可將搖桿拆除置入兩個RC Servo取代原有觸動方式,以簡化機構設計與節省空間。

5. 以外加機構控制VSI上搖桿

4.     視訊傳輸系統

無線遙控載具之視訊傳輸系統採用彩色CCD攝影機與無線收發模組結合。在攝影機架設方面,其設計方式如圖6所示,透過兩具RC Servo來控制攝影機,分別達左右與俯仰的視角控制,使用者同時也可利用遙控器完成視角控制。在影像顯示幕則可整合於遙控器,未來並可考慮與頭戴式顯示器(HMD)結合。

6. 攝影機架設

目前市面上所販售之無線傳輸模組(如圖7),傳輸距離普遍可達到100m(室外無障礙物情況下)左右,為了配合遙控器的傳輸距離,選用較高階的傳輸模組,傳輸頻率為2.4~2.4835GHz,與遙控器頻率差距大,可以避免訊號干擾產生,其傳輸距離可達到250~500m

7. 彩色攝影機與無線傳輸模組

5.     計畫經費及時程

本計畫從設計、製作到測試,估計需時4~6個月,表2列出本計畫所需主要元件市售價格,及其他相關費用,總計約需21萬元。

2. 本計畫所需主要元件市售價格

項目

廠牌

型號

單價

數量

合計

電動代步車

必翔

TE-888WAB

70,000

1

70,000

遙控器

Futaba

6EXA

6,000

1

6,000

RC Servo

Futaba

S9450

1,400

4

5,600

彩色攝影機

佑鼎數位監控科技

YD-567IR

5,000

1

5,000

無線收發模組

佑鼎數位監控科技

AWV366RX(500m)

4,500

1

4,500

零件製作加工

委外

 

15,000

 

15,000

執行計畫業務費用

 

 

5,000

 

5,000

執行計畫人事費用

碩士班學生6,000人∕月,博士班學生8,000人∕月,指導教授10,000人∕月

4

96,000

總計

207,100