臺灣博碩士論文加值系統

本論文以近年來相當熱門的仿生機器人為出發點，結合當今的3D列印技術來自製一個仿生的機械手臂。除此之外，再設計出一個穿戴式的裝置穿在使用者身上，利用這樣的互動體感操作功能，使得機械手臂能夠做出和使用者相同的姿態。
使用Arduino Mega 2560控制板來當作系統核心，當使用者有動作變化時，穿戴裝置上的感測器便會即時回傳數值至Arduino控制板，使上面的微處理器能夠依照這些動作的動應數值去控制伺服馬達，以推動整個機械手臂至相對應位置。系統中在機構作動設計方面上採取了三種方式，經由繩索、齒輪與使用槓桿原理分別來帶動整個手臂各部位的運作，至於機構設計部分則使用SolidWorks，經由此軟體來設計機械手臂的零件，3D建模完成後再經由3D印表機來進行製造，完成後再進行組裝測試。

The thesis mainly applies the popular concept of the bionic robots, and combines with 3D printing technology to construct a bionic robot arm. In addition, the thesis also designs a control device which can be worn on the user’s body. With such a motion-detecting function, the robot arm can mimic the posture of the user interactively.
The robot arm system adopts an Arduino Mega 2560 board as its control platform. When the user changes the posture, sensors on the wearable device will return the motion data to Arduino board immediately. According to these data, the processor on Arduino board can control the servo motors to drive the robot arm to the corresponding position. There are three mechanism methods utilized to help the movement of robot arm. With ropes, gears, and leverage, the motors are able to move the various parts of the robot arm effectively. The mechanism parts of the robot arm are designed by SolidWorks software. After the 3D model built, these parts can be manufactured by 3D printers and combined into the complete system.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 論文架構 2
第二章 系統架構介紹 3
2.1 系統架構簡介 3
2.2 系統開發工具 4
2.3 軟體開發工具 7
2.3.1 Arduino IDE 7
2.3.2 SolidWorks 8
2.3.3 Makerbot 9
2.4 系統控制核心 10
2.4.1 Arduino Mega 2560控制板 10
2.5 感測器 13
2.5.1 可變電阻 13
2.6 伺服馬達 14
2.6.1 伺服馬達 MG90S 14
2.6.2 伺服馬達 ABRS-5314HTG+Full HV 15
2.6.3 PWM信號 16
第三章 硬體機構介紹 17
3.1 仿生機械手臂介紹 17
3.1.1 手掌部分 17
3.1.2 小臂部分 20
3.1.3 手軸部分 23
3.1.4 大臂部分 26
3.1.5 肩膀部分 29
3.2 穿戴式裝置介紹 32
3.2.1 手掌操控機構 33
3.2.2 關節活動機構 35
第四章 任務規劃與實驗結果 38
4.1 實驗任務一:手掌功能測試 39
4.1.1 實驗目的 39
4.1.2 實驗成果 39
4.2 實驗任務二:穿戴控制器與手掌性能測試 41
4.2.1 實驗目的 41
4.2.2 實驗成果 41
4.3 實驗任務三:穿戴控制器與機械手臂運作測試 43
4.3.1 實驗目的 43
4.3.2 實驗成果 43
第五章 結論與未來展望 45
5.1 結論 45
5.2 未來展望 46
參考文獻 47

[1]謝泳龍，“基於Kinect 3D視覺實現類神經網路之互動機器人”，國立台灣海洋大
學電機工程學系碩士論文，2014。
[2]蔡富吉、蔡坤哲，“3D印表機自造全書“，碁峰資訊股份有限公司，2014
[3]駱靜怡，“具視覺之仿生四足機器人機構設計與控制”，國立台灣海洋大學電機工程
學系碩士論文，2014
[4]鍾哲瑋，“多軸機械手臂平台之機構設計與電腦視覺回授控制”，國立台灣海洋大學
電機工程學系碩士論文，2013
[5]劉軒，“具立體視覺之移動式仿人型機器人”，國立台灣科技大學機械工程學系碩士
論文，2010。
[6]José L. Pons, “Wearable Robots-Biomechatronic Exoskeletons”
, Wiley, 2008.
[7]http://www.flashforge-usa.com/creator-pro/ Flashforge
Creator印表機圖
[8]http://www.chau-fu.com.tw/self_pages/pla_chinese.html
PLA材料循環圖
[9]趙英傑，“超圖解Arduino互動設計入門”，旗標出版股份有限公司，2013
[10]Maik Achmidt著，曾吉弘譯，“Arduino快速上手指南”，馥林文化，2012
[11]康鳳梅、許榮添、詹世良，“循序學習SolidWorks 2010“，全華圖書，2012
[12]http://www.cs.ou.edu/~fagg/classes/general/atmel/ArduinoMe
ga.pdf arduino mega 腳位圖。
[13]Make雜誌 21期:可3D列印的人形機器人。
[14]https://www.eng.yale.edu/grablab/openhand/index.html
YALE openhand project
[15]http://exiii.jp/hackberry.html
HACKberry open source robot
[16]http://news.mit.edu/2015/bipedal-robot-with-human-
reflexes-0811
Jennifer Chu | MIT News Office: A bipedal robot with human
reflexes
[17]http://inmoov.fr/ Inmoov open source robot
[18]張博淳，“具視覺回授之可切換足型與履帶模式機器人”，國立台灣海洋大學電機
工程學系碩士論文，2015。
[19]晉茂林，“機器人學”，五南圖書，1999。