臺灣博碩士論文加值系統

本文研究主旨為建立六軸加工機運動學的研究，包括了運動學及機台碰撞偵測，讓使用者可以充份瞭解六軸加工機的運動行為。也讓使用者透過3D視覺化模擬觀察六軸加工機的運動關係，再利用3D互動介面操作六軸加工機，並在模擬的過程中偵測碰撞情形的發生。
本文在運動學方面，利用笛卡爾座標系統定義六軸加工機各平台間位置與參數，用定義好的座標系統去推導順、逆向運動學，並探討求解的可能性與唯一性。最後為了瞭解六軸加工機的誤差，分別從運動過程中與平台組裝兩方面建立誤差源，並整理為Jacobian matrix。
本文是利用五種的簡單幾何元件(三角柱、錐體、長方體、圓柱及圓錐)組合成六軸加工機。在六軸加工機分別去定義了三組線性平台(X, Y, Z)與三組迴轉平台(A, B, C)，且為了滿足不同的運動指令，在程式中還加上了直接驅動、G-code模式、加工件位置等設定。最後在執行機台碰撞偵測為了加速程式在執行期的效率，偵測碰撞的演算法共分為兩階段，第一階段為粗略的偵測行為，讓可能產生碰撞的元件剔除到剩下兩個之後，然後才是第二階段精密的偵測碰撞是否成立。
希望本研究能讓使用六軸加工機的設計者及操作者能減少因為疏忽所造成的損失，避免不必要的損耗導致人力、物力上的資料浪費，如此可以提高六軸加工機加工效益。

The objective of this research is to study the kinematics of six-axis CNC machine tools, including collision detection to let users understand the movement of machine tools. Through 3D computer simulation and graphic animation, users can observe the relationships of each movement on six-axis CNC machine tools. The computer program also provides interactive interface for users to operate the machine tools. During the process of kinematics simulation, any collision for machine tool motion can be detected.
About kinematics of machine tools, The Cartesian coordinate system is used to define the parameters of position and orientation for each axis. This study derives the forward and inverse kinematics, and discusses the possible and unique solutions for them. In order to understand the errors sources of six-axis CNC machine tools, the errors due to motion and assembly are discussed, and are arranged into Jacobian matrix.
In this paper, five kinds of simple geometric elements (triangular, pyramid, cube, cylinder and cone) are used to form the six-axis CNC machine tools. Whatever machine shape, size, platform position, subordinate relations, work-space constraint and so on are actually observed, measured and tested in order to get close to the original design. On six-axis CNC machine tools, we define three linear platforms (X, Y, Z) and three revolute platforms (A, B, C) separately. To satisfy different orders, the program also adds the direct mode, G-code mode, working-object position and so on. Finally, the detection collision theory is set up between each components of platform. However, for the efficiency of the program executing, the detection collision theory is separated into two phases. The first phase is align-axis boundary box and the second phase is geometric property.
The purpose of this paper is to avoid unsuitable operation to generate waste by users and increase the efficiency of working process for the machine tools.

摘要
英文摘要
目錄
圖目錄
第一章 序論
1.1 六軸CNC加工機介紹及研究系統流程
1.2 研究動機
1.3 文獻回顧
1.3.1 運動學
1.3.2 幾何誤差
1.3.3 模擬及碰撞偵測
1.4 論文架構與主要工作

第二章 運動學
2.1 座標系統與參數的定義
2.2 推導工具機運動學
2.2.1 順向運動學分析
2.2.1.1 工件座標系統之齊次座標轉換矩陣
2.2.1.2 刀具座標系統之齊次座標轉換矩陣
2.2.2 逆向運動學分析
2.2.2.1 刀具方向求解
2.2.2.2 刀具位置求解
2.3 Jacobian matrix的建立
2.3.1 幾何誤差源定義
2.3.2 誤差源Jacobian Matrix推導與建立

第三章 碰撞偵測原理及演算法
3.1 幾何元件與六軸加工機的碰撞偵測
3.2 初步碰撞偵測演算法
3.2.1 軸對齊邊界方塊(Axis-Aligned Bounding Box)
3.2.2 探討偵測演算法可能存問題
3.3 精細碰撞偵測演算法
3.3.1 幾何元件特性(Property of Geometric)
3.3.1.1 幾何元件的前處理




3.3.1.2 演算法推導
3.3.1.3 碰撞偵測模擬過程說明
3.3.2 探討偵測演算法可能存問題
3.4 兩階段碰撞偵測算法的差異性

第四章 電腦模擬及結果
4.1 程式開發背景
4.1.1 建立機台
4.1.2 G-code的齊次座標轉換
4.2 OpenGL Library
4.3 弁鄐雯?
4.4 模擬結果

第五章 結論與未來展望

參考文獻

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