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研究生:范志偉
論文名稱:在隧道型空間運動的微型機器人之研究
論文名稱(外文):The Study and Development of a Micro Robot Moving in the Tunnel
指導教授:鄭璧瑩
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系所
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:隧道型機器人步法順序驅動機構控制參數
外文關鍵詞:Tunnel robotTrajectory planningdriving mechanismcontrol parameter
相關次數:
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本文研究的目的是研發一個可於隧道型空間爬行的機器人,此驅動機構需具有移動快速、體積小、構造精簡、成本競爭力高且具有特定功特色等優點。微型驅動機構在相關的研究中,在精度與操控方面仍屬初期的概念雛形研究階段,應用可行性方面仍有很大的發展空間。本研究首先在探討及設計隧道型機器人的驅動機構系統;其次探討機器人的理論架構,來評估其運動的可行性和運動步法順序等。接著也利用機構模擬與分析的方式,探討機器人的運動路徑與操控參數,並據以規劃隧道型機器人的實驗架構。經由系統化實驗量測歸納出較佳的控制參數與足部摩擦係數等,以提高此機器人在隧道型空間中平順地移動,甚或在傾斜與彎曲的隧道中快速而穩定前進,驗證理論評估的結果。本研究分析與實作結果驗證本研究所開發的特殊驅動機構的可行性,且此設計未使用馬達減速機等,因此可改用人工肌肉等驅動器,進而將尺寸縮小至微米至厘米尺寸,著具應用實效。
The purpose of the research is to develop a robot which can creep in a tunnel space. The tunnel robot is designed to have the characteristics of rapidly moving, small size, simple structure and low cost. As reviewing the researches of micro-driving mechanism, most of the studies are still at the conceptual design stage . The research focus on the design of the driving mechanism system of tunnel robot firstly . Secondly, the research explores theoretical frame of the robot to evaluate feasibility and gait schedule of motion. Then, the research try to derive the equation of motion and control parameter of the robot by means of simulation and analysis of the proposed robot mechanism. By systematical examinations as above, we can conclude better control parameters for the foot gait of the tunnel robot. The profits of the research are not only to make the robot move smoothly in both straight and curved tunnel but also to verify the results of related theory. The mobility analysis of the proposed tunnel robot has been made, and the experimental results have also verified the feasibility of the mechanism and actuator modules without the components of large scale such as reducing gear train etc. By the way since the proposed mechanism and actuator are simple and efficient. It can easily be replaced by artificial muscle and minimized the size of the robot from millimeter(mm) scale to micro meter(μm) scale. It is believed that the research can be applied to many practical applications and advanced studies.
目錄

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2文獻回顧 2
1.2.1驅動方式: 2
1.2.2微型機器人零組件分類簡介 5
1.2.3微型機器人的應用 10
1.3研究方向 11
1.4研究步驟 12
第二章 基本理論 13
2.1隧道型機器人足部四連桿機構位移的軌跡分析 13
2.1.1 P點位移分析(滑塊起始點時) 16
2.1.2 P點的位移分析(滑塊移動X時) 17
2.2隧道型機器人機構之速度分析 18
2.2.1 P點速度分析(滑塊起始點時) 18
2.2.2 P點的速度分析(滑塊移動X時) 19
2.3隧道型機器人機構之加速度分析 20
2.3.1 P點加速度分析(滑塊起始點時) 20
2.3.2 P點的加速度分析(滑塊移動X時) 21
2.4滑塊受力位移、速度、加速度與時間之關係 22
2.5機器人之靜力分析 23
2.5.1機構之自由度 23
2.5.2靜力分析 24
2.6機器人作動原理及實驗範例 29
2.6.1機器人機構作動原理 30
2.6.2實驗範例 30
第三章 實驗設備 35
3.1硬體 35
3.2軟體 38
第四章 實驗結果及說明 40
4.1實驗控制介面 40
4.2水平面直線爬行運動實驗 42
4.3傾斜30度的直線爬行運動實驗 46
4.4水平面曲線爬行運動實驗 51
4.5最大速度量測實驗 55
4.6最大傾斜角量測實驗 57
4.7實驗結果討論 58
第五章 結論 60
第六章 未來發展方向 62
參考文獻 63

圖目錄
圖1.1 (a)~(f),壓電材料受電場作用而向上向下擺動 3
圖1.2 層疊和管式致動器 3
圖1.3 音樂機器人及車輪式移動機器人 4
圖1.4 離心致動機器人 4
圖1.5 迷你氣壓缸 5
圖1.6 片筴式關節結構示意圖 5
圖1.7(a)~(e)片筴式關節的氧化蝕刻(MEMS方式)製造流程 6
圖1.8 A或B、C或D氣壓缸裝置圖 6
圖1.9二自由度單式循環機構鏈腳部的運動模式1~3。 7
圖1.10 活動觸鬚的扭矩感應器及角度感應器 7
圖1.11 活動觸鬚的力作用圖 8
圖1.12 三支腳之壓電平臺 8
圖1.13壓電材料受電壓左右移動 8
圖1.14三支腳不同電壓造成不同移動方向之組合模式 9
圖1.15 鏈結式機器人 9
圖1.16 機器人前視圖與等角視圖 10
圖1.17 電子掃描顯微鏡 10
圖1.18生物細胞挾持下的微小操作 11
圖1.19 夾爪上的微小壓力感測器 11
圖1.20 元件黏於夾爪之現象 11
圖2.1 隧道型機器人機構之概念圖 13
圖2.2 隧道型機器人腳部四連桿機構向量簡圖 15
圖2.3機器人腳部結構移動後簡圖 17
圖2.4 為滑塊自由體圖 22
圖2.5 機器人機構力平衡圖 24
圖2.6 滑塊受力圖 25
圖2.7 腳部結構受力圖 25
圖2.8連結結構力圖 27
圖2.9 機器人結構與軌道圖 28
圖2.10 電磁閥作動規劃圖 30
圖3.1為實驗設備的系統架構圖 35
圖3.2為PCI-DIO-96之50PIN位卡 36
圖3.3為本隧道型機器人使用之迷你氣壓缸 37
圖3.4 氣壓系統的調壓、除濕、過濾組合裝置 37
圖3.5隧道型機器人模型 38
圖4.1控制程式面板 41
圖4.2隧道型機器人控制之程序方塊圖 41
圖4.3 隧道型機器人水平面直線爬行運動DVT攝影機拍攝示意圖 42
圖4.4 隧道型機器人DVT攝影機拍攝水平面直線爬行運動第十張圖形 43
圖4.5隧道型機器人DVT攝影機拍攝水平面直線爬行運動第十張圖形之數據 43
圖4.6隧道型機器人DVT攝影機拍攝水平面直線爬行運動第十九張圖形 43
圖4.7隧道型機器人DVT攝影機拍攝水平面直線爬行運動第十九張圖形之數據 43
圖4.8 水平面直線爬行運動量測比對示意圖(參考圖4.4與4.6) 44
圖4.9隧道型機器人水平面直線爬行運動之理論速度與量測速度值比對圖表 46
圖4.10 隧道型機器人傾斜直線爬行運動DVT攝影機拍攝示意圖 47
圖4.11 隧道型機器人DVT攝影機拍攝傾斜直線爬行運動第一張圖形 48
圖4.12隧道型機器人DVT攝影機拍攝傾斜直線爬行運動第一張圖形之數據 48
圖4.13 隧道型機器人DVT攝影機拍攝傾斜直線爬行運動第七張圖形 48
圖4.14 隧道型機器人DVT攝影機拍攝傾斜直線爬行運動第七張圖形之數據 49
圖4.15 傾斜直線爬行運動量測比對示意圖(參考圖4.11與4.13) 49
圖4.16隧道型機器人傾斜30度的直線爬行運動之理論速度與量測速度值比對圖表 51
圖4.17 隧道型機器人水平面曲線爬行運動DVT攝影機拍攝示意圖 52
圖4.18 本實驗用曲線軌道區段結構簡圖 52
圖4.19 機器人位於水平面曲線爬行運動量測起點 53
圖4.20機器人位於水平面曲線爬行運動量測終點 53
圖4.21隧道型機器人水平面的曲線爬行運動之理論速度與量測速度值比對圖表 55

表目錄
表2.1實驗範例隧道型機器人結構規格 31
表2.2氣壓機壓力與氣壓缸輸出力 32
表3.1為圖3.2之I.O.卡之PIN位表 36
表3.2為本隧道型機器人所選用的氣壓缸規格 37
表4.1隧道型機器人水平面直線爬行運動實驗數據 45
表4.2隧道型機器人傾斜30度的直線爬行運動實驗數據 50
表4.3隧道型機器人水平面曲線爬行運動實驗數據 54
表4.4,隧道型機器人延遲時間量測速據 56
表4.5 隧道型機器人傾斜角度量測數據 57
[1]、 吳朗 編著,「電子陶瓷-壓電」,全欣資訊圖股份有限公司,民國83年。
[2]、 山田 博著,賴耿陽譯著,「精密小馬達基礎及應用」,復漢出版社,民國87年。
[3]、 林三寶 編著,「雷射原理與應用」,全華科技圖書股份有限公司,民國76年。                  
[4]、 蔡自興著,「機器人學」,清華大學出版社,民國89年
[5]、 葉明財 編譯,「小型馬達活用技術」,全華科技圖書股份有限公司,民國83年。
[6]、 林信隆 編譯,「創意性機構設計」,全華科技圖書股份有限公司,民國90年。
[7]、 卓聖鵬編譯,「機器人控制」,全華科技圖書股份有限公司,民國89年。
[8]、 Charles E.Willson J.Peter Sadler原著,溫家俊 朱瑞麟編譯「機構學」,文京圖書有限公司,民國90年。
[9]、 Kaneko, M.;Robotics and Automation, 1994. Proceedings., 1994,”Active Antenna “ IEEE International Conference on , 8-13 May 1994 。Page(s): 2665 -2671 vol.3
[10]、 Park, S.H.; System Theory, 1993. Proceedings SSST '93., “Dynamic modelling and link mechanism of mobile robot “,Twenty-Fifth Southeastern Symposium on , 7-9 March 1993 。Page(s): 368 -372
[11]、 Kuwana, Y.; Shimoyama, I.; Miura, H.; Intelligent Robots and Systems 95.,“Steering control of a mobile robot using insect antennae”,'Human Robot Interaction and Cooperative Robots', Proceedings. 1995 IEEE/RSJ International Conference on , Volume: 2 , 5-9 Aug. 1995。Page(s): 530 -535 vol.2
[12]、 Suzuki, K.; Shimoyama, I. ; Miura, H.; Ezura, Y.; Micro Electro Mechanical Systems, 1992, MEMS 92,Proceedings.,“Creation of an insect-based microrobot with an external skeleton and elastic joints “, 'An Investigation of Micro Structures, Sensors, Actuators, Machines and Robot'. IEEE , 4-7 Feb. 1992 。Page(s): 190 -195
[13]、 Fearing, R.S.; Chiang, K.H.; Dickinson, M.H.; Pick, D.L.; Sitti, M.; Yan, J.;Robotics and Automation, 2000. “Wing transmission for a micromechanical flying insect “,Proceedings. ICRA '00. IEEE International Conference on , Volume: 2 , 24-28 April 2000。 Page(s): 1509 -1516 vol.2
[14]、 Ioi, K.; “A mobile micro-robot using centrifugal forces”Advanced Intelligent Mechatronics, 1999. Proceedings. 1999 IEEE/ASME International Conference on , 19-23 Sept. 1999 。Pages:736 - 741
[15]、 鄭璧瑩,劉悌國,”離心驅動式微型機器人的運動分析與模擬”,第五屆全國機構與機械設計學術研討會論文,2002。pages:538 - 545
[16]、 Iwashina, S.; Hayashi, I.; Iwatsuki, N.; Nakamura, K.; “ Development of in-pipe operation micro robots”Micro Machine and Human Science, 1994. Proceedings., 1994 5th International Symposium on , 2-4 Oct. 1994 。Pages:41
[17]、 Buchi, R.; Caprari, G.; Vuscovic, I.; Siegwart, R.;”A remote controlled mobile mini robot”Micro Machine and Human Science, 1996., Proceedings of the Seventh International Symposium , 2-4 Oct. 1996 。Pages:203 - 206
[18]、 Linzhi Sun; Ping Sun; Xinjie Qin;”Study on micro-robot in small pipe”Control '98. UKACC International Conference on (Conf. Publ. No. 455) , 1-4 Sept. 1998 。Pages:1212 - 1217 vol.2
[19]、 Hoshino, K.; Mura, F.; Shimoyama, I.;” Design and performance of a micro-sized biomorphic compound eye with a scanning retina”Microelectromechanical Systems, Journal of , Volume: 9 , Issue: 1 , March 2000 。Pages:32 - 37
[20]、 Anthierens, C.; Libersa, C.; Touaibia, M.; Betemps, M.; Arsicault, M.; Chaillet, N.;” Micro robots dedicated to small diameter canalization exploration”Intelligent Robots and Systems, 2000. (IROS 2000). Proceedings. 2000 IEEE/RSJ International Conference on , Volume: 1 , 31 Oct.-5 Nov. 2000 。Pages:480 - 485 vol.1
[21]、 Wakimoto, S.; Nakajima, J.; Takata, M.; Kanda, T.; Suzumori, K.;” A micro snake-like robot for small pipe inspection”Micromechatronics and Human Science, 2003. MHS 2003. Proceedings of 2003 International Symposium on , 19-22 Oct. 2003 。Pages:303 - 308
[22]、 Linzhi Sun; Yanan Zhang; Ping Sun; Zhenbang Gong;” Study on robots with PZT actuator for small pipe”Micromechatronics and Human Science, 2001. MHS 2001. Proceedings of 2001 International Symposium on , 9-12 Sept. 2001 。Pages:149 - 154
[23]、 Tsuruta, K.; Sasaya, T.; Shibata, T.; Kawahara, N.;”Control circuit in an in-pipe wireless micro inspection robot”Micromechatronics and Human Science, 2000. MHS 2000. Proceedings of 2000 International Symposium on , 22-25 Oct. 2000 。Pages:59 - 64
[24]、 Tao Zhu; Dalong Tan;”Research on microrobot-based microassembly system”Intelligent Control and Automation, 2002. Proceedings of the 4th World Congress on , Volume: 2 , 10-14 June 2002 。Pages:1236 - 1240 vol.2
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1. 謝易宏,「企業整合與跨業併購法律問題之研究─以『銀行業』與『證券業』間之整合為例」,律師雜誌第252期(2000年9月),
2. 賴威仁、楊博文,「資料庫行銷簡介」,彰銀資料,第52卷11期(2003年11月),頁7至12。
3. 劉佐國,「我國個人資料隱私權益之保護─論『電腦處理個人資料保護法』之立法與修法過程」,律師雜誌第307期(2005年4月),頁47─50。
4. 劉靜怡,「資訊隱私權的國際化爭議─從個人資料保護體制的規範協調到國際貿易規範的適用」,月旦法學,第86期(2002年7月),頁195至205。
5. 鄭素卿,「美國財務隱私權法之探討」,今日合庫(1991年1月),頁59至77。
6. 黃三榮,「個人資料之保護─兼評我國電腦處理個人資料保護法」,資訊法務透析(1998年1月),頁38至53。
7. 張宏賓,「金融控股公司共同行銷法令之探討」,集保,第10期第1卷(2003年1月),頁3至16。
8. 陳美如、梁懷信,「『金融控股公司法』下有關個人資訊隱私權保護之探討」,月旦法學,第91期(2002年12月),頁271至279。
9. 施敏雄,「美國銀行業與證券業務分離的制度及防火牆基本概念」,臺北市銀月刊,第23卷第6期(1992年6月),頁8至16。
10. 周慧蓮,「資訊隱私保護爭議之國際化」,月旦法學,第104期(2004年1月),頁113至132。
11. 邱祥榮,「美國網路個人資訊隱私保護型態轉變之初探」,全國律師,第5卷第12期(2001年12月),頁80至91。
12. 林建中,「隱私權概念初探─從美國法觀點切入」,憲政時代第23卷第1期(1997年7月),頁53至78。
13. 林江峰、蔡明錩,「美國『金融服務業現代化法』有關個人隱私權保障之規範─對我國之啟示」,臺灣經濟金融月刊,第37卷9期(2001年9月),頁1至10。
14. 呂啟元,「論個人資料於共同行銷時之保護─台新銀行個案為例」,國家政策論壇春季號(2003年1月)available at:http://www.npf.org.tw/monthly/0301/theme-196.htm#_ftn1
15. 李科逸,「網路時代我國隱私相關法制因應建議及新興科技對隱私之威脅」,資訊法務透析(1999年4月),頁44至58。