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研究生:蔡明勳
研究生(外文):Ming-Hsun Tsai
論文名稱:AutoCAD介面平台於機械手臂之可操控性避障路徑規劃與應用
論文名稱(外文):The Design and Application for the Obstacle-Avoidance Manipulability Path Planning of Robot by Using AutoCAD Interface Platform
指導教授:洪永銘
指導教授(外文):Yong-Ming Hong
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:製造科技研究所
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:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:110
中文關鍵詞:機械手臂AutoCAD操控性動態規劃障礙物路徑規劃
外文關鍵詞:RobotAutoCADManipulabilityDynamic ProgrammingObstacle-AvoidancePath Planning
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傳統式機械手臂之路徑規劃方法,大部份均以人工教導式的操作方法來作路徑規劃,但在複雜的工作狀態下教導盒便有無法應付的問題產生,為了讓使用人員更容易操作方便,並提供有效率之安全可操控性運動路徑,本研究係以電腦輔助設計軟體AutoCAD2002版本為介面,以內建之VBA及AutoLISP程式語言之基礎,並搭配三菱公司所出產之RV-E2型六軸式機械手臂,研發撰寫出一套介面軟體,讓使用者可在AutoCAD下之任意UCS(User Coordinate system)平面上,輸入障礙物之座標和形狀,以及路徑之起點和終點,以發展出一套可操控性避障路徑介面,其研究方法是配合AutoCAD之基本指令先由二維空間中找出一避障之路徑,再藉由操控性理論將機械手臂之操控能力量化轉換成三維空間,並且用動態規劃理論搜尋可操控性之3D避障路徑,而自動找出較佳之可操控性路徑,再將路徑資料經計算處理後透過RS232傳輸至機械手臂並予以驅動,並且會即時將實際之運動路徑傳回至電腦繪製於螢幕上供使用者參考。實驗結果顯示,本方法確實可以達到較佳可操控性避障之目的,並讓機械手臂獲得較穩定的運動效果。因此本研究所發展之介面軟體大大提升產業將電腦整合自動化之技術,希望能為工業上取代人力,提高工作效率,保持產品品質穩定度,降低成本等提供助益。
Traditionally, we manually use “Teaching Box” to guide the robot to follow a prescribed path. However, under some complicated working circumstances includes obstacles situation, “Teaching Box” is not sufficient to handle all the problems of robot. For this reason, an interface platform provided by using AutoCAD and its built-in VBA and AutoLISP programming language is established. This interface platform is used as a path planning tool for the MITSUBISHI RV-E2 6 axis robot. With this interface, user only need to input the obstacle’s shape, position coordinates, the starting and final points of the moving path. By applying the obstacle avoidance method developed in this program, an obstacle avoidance path can be established. This path is then examined by manipulability index theory and dynamic programming theory. A 3D obstacle-avoidance path of better manipulability can be obtained automatically. Finally, the calculated path data is transferred thru RS232 to robot to drive it, and the physical motion path is plotted on monitor immediately for reference. According to experiment results, this method indeed achieves better manipulability, and let the motion of robot be more stable and intelligent. Therefore, this software interface developed by us enhances computer integrated automation greatly. We hope to do goods to replacing manpower in industry, improving working efficiency, keeping products stability and reducing costs.
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文架構 5
第二章 機械手臂相關理論 6
2.1 機械手臂之簡介 6
2.2 三菱RV-E2型機械手臂 7
2.2.1 規格 7
2.2.2 RS-232介面標準 9
2.3 順運動學 9
2.4 逆運動學 15
2.5 微分關係 18
2.6 機械手臂的賈可比矩陣 20
2.7 操控性之定義及分析 24
2.8 動態規劃理論 25
2.9 工作空間計算 27
2.10障礙物模型的建立 29
第三章 避障路徑之規劃 31
3.1 電腦輔助設計(CAD)軟體簡介 31
3.2 電腦化與自動化的差別 32
3.3 以動態規劃求解最佳路徑尋 33
3.3.1 點與點之間動態規劃搜尋步驟 33
3.4 可操控性避障路徑之搜尋 35
3.5 資料取得 38
3.5.1 GetBoundingBox 方法 40
3.6 傳送前速度資料的轉換 41
3.7 機械手臂因素之考量 44
第四章 程式架構及實驗設備 45
4.1 程式撰寫流程 45
4.4.1 修正線段停頓點成最佳化 48
4.2 程式說明 51
4.3 實驗設備 52
4.4 實驗方法及操作步驟 52
第五章 實驗結果與討論 57
5.1 二維空間中之比較 57
5.1.1 方形障礙物時所搜尋之2D避障路徑 57
5.1.2 圓形障礙物時所搜尋之2D避障路徑 59
5.1.3 方形複合障礙物時所搜尋之2D避障路徑 61
5.2三維空間中之比較 64
5.2.1 方形柱障礙物時所搜尋之3D避障路徑 64
5.2.2 圓形柱障礙物時所搜尋之3D避障路徑 68
5.2.3 方形柱複合障礙物時所搜尋之3D避障路徑 72
5.2.4 圓形柱複合障礙物時所搜尋之3D避障路徑 77
5.2.3 圓方形柱複合障礙物時所搜尋之3D避障路徑 81
5.2.3 圓方形柱T型障礙物時所搜尋之3D避障路徑 86
5.2.3 圓方形柱結合體障礙物時所搜尋之3D避障路徑 91
5.2.3 複雜組合體障礙物時所搜尋之3D避障路徑 95
5.3 實驗結果討論 100
第六章 結論與建議 103
6.1 結論 103
6.2 建議 105
參考文獻 106
附錄
A 中英文名詞對照表 109
作者簡介 110
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[42] 林俊呈,機器人及機構之操控性及力量傳遞效率指數,碩士論文,國立台灣科技大學機械工程系,1999。
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