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研究生:王春益
研究生(外文):Chun-Yi Wang
論文名稱:改良式三軸運動軌跡規劃之研究
論文名稱(外文):The study for the improved 3-axis tracking motion platform
指導教授:洪永銘
指導教授(外文):Chun-YI Wang
口試委員:賴明鈞李明義
口試委員(外文):Ming-Jun LaiMing-Yi Li
口試日期:2006-01-23
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:三軸運動控制任意曲線插值法電腦輔助繪圖X-Y-Z平台
外文關鍵詞:Motion of 3-Axis Controlfree curve interpolationCADX-Y-Z platform
相關次數:
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本研究對三軸控制之點到點運動以及循跡運動進行深入的探討。首先先針對運動控制及相關文獻做一簡單介紹,以使讀者有初步了解,接著探討運動控制之速度規劃理論,計有梯形加減速、S形加減速(S-Curve)和三次曲線加減速規劃等,推導三種速度規劃,分別在滿足最大速度、最大加速度與最大急衝度(Jerk)下所需之加速時間及總時間。
本研究為順利在三軸平台上實現了三軸同動之運動控制,並希望能實作出較傳統直線與圓弧插值法更複雜的曲線,使用了任意曲線插值法,該插值法對於處理傳統插值與複雜曲線插值均能獲得不錯的結果,其最大誤差可控制在1 內,而平均誤差則在0.1~0.2 間,藉由第四章的模擬與實作直線、圓及較複雜的螺旋線與空間S曲線的結果加以分析及討論,驗證了三軸同動之運動控制之可行性,並分析了應用三種速度規劃其個別的特性與適用性。
本研究設計出一套以AutoCAD內建之VBA語言所撰寫之人機操作介面,讓使用者可在AutoCAD上繪製加工圖形,當圖形設計完成後,經由AutoCAD之VBA呼叫C843控制卡之DLL來進一步控制PI平台,完成具有速度、加速度及急衝度限制之精密定位。
This study is investigating 3-Axis tracking motion on the basis of mode. At first , we will show a brief introduction of motion control and other references relative to the study , next make a study of several velocity profiles , trapezoid , 2nd –order S curve and single cubic-Spline included . Using three kind of velocity profiles to calculate the time of acceleration that satisfy maximum acceleration, velocity and Jerk .
In this study , we use free curve interpolation to accomplish the 3 axis motion on the XYZ platform . The maximum error about 1um and average error is less than 1 m and average error between 0.1 and 0.2 m .
This research uses the motion control card of the C-843 and XYZ platform of M511.DD and use VBA language in AutoCAD to compose, Let the user draw up the processing graph on AutoCAD. After the graph design, we can complete the precise localization with the speed and the acceleration limit by AutoCAD of VBA and the C843 control card and PI company. The theoretical simulation is first completed by using Matlab and then the result is proven by the experimental work by using the PI XYZ platform.
目 錄

中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 研究動機與目的 2
1.5 論文架構 3
第二章 應用理論及方法 4
2.1 簡介 5
2.2 加減速曲線規劃 5
2.2.1 梯形加減速 6
2.2.2 三次多項式曲線規劃 13
2.2.3 S曲線加減速規劃 19
第三章 三軸運動路徑曲線規劃 33
3.1 任意曲線插值器應用於三軸平台 33
3.2 AutoCAD軟體應用於平台 38
3.2.1 處理點、直線與圓弧線段的資訊 39
第四章 系統架構及實驗 43
4.1 系統架構及設備硬體 44
4.2 實驗結果探討 48
4.2.1 空間直線插值 48
4.2.2 螺旋線插值 62
4.2.3 三軸圓形插值 76
4.2.4 空間S形曲線插值 86
第五章 結論與建議 97
5.1 結論 97
5.2 建議與未來工作 98
參考文獻 99
參考文獻

書籍
[1]施慶隆、李文猶,機電整合與運動控制:原理與單軸平台實例,台北:高立圖書有限公司。
[2]黃俊銘譯,數值方法-使用MATLAB程式語言,台北:全華科技圖書股份有限公司,民國九十年。
[3]麥焜燦,電腦繪圖的數學基礎及應用,台北:全華科技圖書股份有限公司,民國85年.
期刊論文
[4]J. J. Chou and D. C. H. Yang, “Command Generation for
Three-Axis CNC Machine,” Journal of Engineering for Industry,
Vol. 113, August 1991, pp. 305-310.
[5]Charles C. Ngyyen, Sami S. Antrazi, Zhen-Lei Zhou, and Charles E. Campbell, Jr. “Adaptive Control of a Stewart Platform-Based Manipulator,” Journal of Robotic Systems, pp.657-680, 1993.
[6]Dasgupta B., and Mruthyunjaya T. S., “A Newton-Euler Formulation for the Inverse Dynamics of the Stewart Platform Manipulator,” Mech. Mach. Theory. Vol.33, pp. 1135-1152, 1998.
[7]R. H. Castain and R. P. Paul, “On-line Dynamic Trajectory
Generation,” Int. j. of Robotics Research, Vol. 3, No. 1, 1984, pp. 68-72.
[8]J. Y. S. Luh, C. S. Lin and P. R. Chang, “Formulation and Optimization
of Cubic Polynomial Joint Trajectories for Industrial Robots,” IEEE .
[9]Meckl, P.H. and arestides, P.B., “Optimized s-curve motion profiles for minimumresidual vibration,” Proceedings of American Control Conference, pp. 2627-2631,June 1998.
[10]Meckl, P.H. and Seering, W.P., “Controlling velocity-limited systems to reduce residual vibration,” IEEE International Conference on Robotics and Automation, vol. 3, pp. 1428-1433, 1988.
[11]C. Lewin, “Motion Control Gets Gradually Better,” Machine Design, Nov. 7,1994. , pp. 90-94
[12]M. Y. Lee, A .J. Sturm, Jr.* and D. Lavalle, “New Approach for
Robot Trajectory Generation with Velocity/Acceleration Clipping
Constraints,” Advanced Robotics, Vol. 11, No. 7, 1998, pp.713-723.
學位論文
[13]劉任,改良型XY平台精密路徑規劃結合AutoCAD軟體應用,國立台北科技大學機電整合研究所 論文。
[14]姚彥章,運動控制卡速度曲線改良與結合AutoCAD平台之應用,國立台北科技大學/自動化科技研究所碩士論文,2002。
[15]吳俊銘,AutoCAD介面平台於機械手臂路徑之設計與應用,國立台北科技大學製造科技研究所碩士論文,2000。
[16]李建翔,具有速度及加速度限制之多軸運動控制,國立台灣科技大學 電機工程學系。
[17]黃嘉正,研發多種速度曲線之雙軸運動控制卡, 國立台北科技大學自動化科技研究所 論文。
[18]曾旭生,CNC 控制器速度及加減速規劃之研究,碩士論文,國立交通大學機械工程研究所,新竹,1996。
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