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研究生:許乃誠
研究生(外文):Hsu, Nei-Cheng
論文名稱:六自由度機器手臂與氣動塑形夾爪之設計與控制
論文名稱(外文):Design and Control of Pneumatic Shaping Compliant Gripper for Six-DOF Robot Arm
指導教授:許春耀許春耀引用關係李聯旺李聯旺引用關係
指導教授(外文):Hsu, Chun-YaoLee, Lian-Wang
口試委員:許春耀李聯旺蔣欣翰李宜勳
口試委員(外文):Hsu, Chun-YaoLee, Lian-WangChiang, Hsin-HanLi, Yi-Hsun
口試日期:2019-01-25
學位類別:碩士
校院名稱:龍華科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:51
中文關鍵詞:乙太網控制自動化技術單軸機器人串聯機器手臂線性滑軌三指夾爪
外文關鍵詞:EtherCATSingle Axis RobotSeries ManipulatorsLinear GuidesThree-Finger Gripper
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本論文旨在提出一項氣動塑形夾爪的設計控制實現,利用其自適應性、高穩定性、高靈活性且易於更換之優點,開發出氣動塑形夾爪,並依據食品分裝、物件分流、混合生產等不同領域之需求,導入EtherCAT運動控制技術,研製出六自由度機械手臂與氣動塑形夾爪,並進行測試與控制。在手臂機構設計部分,改良傳統機械手臂線纜纏繞、體積及重量過大等問題,機械手臂臂桿採用圓管式的結構進行設計,並搭配DC石墨電刷馬達與中空式諧和減速機,以此完成手臂機構設計。在手臂控制部分,本論文使用EtherCAT工業乙太網路,藉由工業電腦(IPC)作為核心以進行運動控制系統設計,並以逆向運動學對機械手臂進行定位及運動控制。在夾爪機構設計部分,本論文使用柔性材料來設計氣動塑形夾爪,藉其材質特性可依據物件表面形狀來改變夾爪自身的形狀以配合物件,以達到穩定夾取及順應物件的目的。在夾爪控制部分,由於其材質特性可順應物件表面,控制部分於驅動底座裝配法蘭安裝式汽缸,藉由汽缸帶動連桿組驅使夾爪於控制範圍內夾取物件,以達到夾爪的控制目的。依實驗結果可知,本論文所研製的六自由度機械手臂與氣動塑形夾爪確實可更有效的控制並夾持物件。
A design and control method of pneumatic shaping compliant gripper for the Six-DOF robot arm is proposed in this thesis, and a new type of gripper is designed with the advantages of universality, flexibility and soft contact. For the on-demand applications such as food packaging, material handling, and mixed production, the designed pneumatic shaping compliant gripper for the 6-DOF robot arm imports EtherCAT motion control technology to carry out system testing and control. In the robot arm mechanism design, as to improve the defects of the traditional robotic arm cable winding, the mechanical arm is designed with a tube structure, and with DC graphite brush motor and harmonic reducer, to design the robot arm. In the robot arm control, the core of controller adopts an industrial computer with the EtherCAT to build the motion control system. Then, the positioning and motion control can be correctly executed in accordance with the inverse kinematics model. In the gripper mechanism design of this pneumatic shaping compliant gripper, a flexible material with a shaping compliant finger is designed so that it can change the shape of three-finger to grip the object based on its shape. It can achieve the purpose that the gripper can successfully grip objects with various shapes. For the gripper control strategy, because the flexible material can conform to the surface of the object, the control part is mounted on the drive base install the Flanged Cylinder, and then the cylinder drives the link set to drive the gripper to grasp the object within the control range to achieve the gripping purpose. Some experimental results are presented to illustrate the designed shaping compliant gripper for 6-DOF robot arm with the gripper can effectively grab various objects.
摘要i
ABSTRACTii
誌謝iii
目錄iv
表目錄vi
圖目錄vii
第一章 緒論1
1.1前言1
1.2文獻回顧2
1.2.1機械手臂2
1.2.2 EtherCAT運動控制系統3
1.2.3可塑形夾持器的發展5
1.2.4可塑形夾持器驅動應用6
1.3研究動機9
1.4論文架構10
第二章 實驗設備與系統架構12
2.1六自由度機器手臂的設計與建立12
2.1.1整體設計概念12
2.1.2仿人機械手臂機械設計15
2.1.3網路化運動控制系統設計18
2.2實驗系統設備21
2.2.1編碼器21
2.2.2手臂關節驅動馬達21
2.2.3手臂關節驅動馬達控制器22
2.2.4 PC-Based 控制系統與研發環境22
2.2.5滑台之單軸機器人23
2.2.6滑台之伺服驅動系統23
2.2.7 EtherCAT 主站卡24
2.2.8 SRU系列電磁閥25
第三章 氣動塑形夾爪結構設計26
3.1氣動塑形夾爪總體結構26
3.2氣動塑形夾爪各部分組成及功能27
3.2.1驅動底座組成及功能27
3.2.2氣動塑形夾爪組成及功能28
3.2.3氣動塑形夾爪動作示意29
第四章 系統運動學分析32
4.1五階軌跡定位規劃32
4.2夾取過程軌跡規劃35
4.3運動學分析36
4.3.1逆向運動學分析36
4.3.2正向運動學分析38
第五章 實驗結果與討論40
5.1氣動塑形夾爪實驗系統40
5.2五階軌跡定位實驗41
5.3自適應性與夾持實驗44
5.3.1凹物與凸物夾持實驗44
5.3.2實際物體夾持實驗45
5.4實驗結果47
第六章 結論與未來展望48
6.1結論48
6.2未來展望48
參考文獻49
作者簡介51

[1]A TRIBUTE TO JOSEPH ENGELBERGER,https://www.robotics.org/joseph-engelberger/
[2]KUKA,https://www.kuka.com
[3]EtherCAT,http://www.ethercat.org
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[11]Maxon Motor,https://www.maxonmotor.com.tw/
[12]工業電腦,http://www.advantech.tw/
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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