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研究生:羅元閔
研究生(外文):Yuan-min Luo
論文名稱:以系統晶片結合霍爾元件發展具力量控制功能之機械手臂
論文名稱(外文):Robot Force Control Capability by Using SOPC System Combine with Hall Sensor
指導教授:黃緒哲
指導教授(外文):Shiuh-Jer Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:霍爾感測器PIFSMC力量控制機器人控制系統晶片
外文關鍵詞:Hall sensorPIFSMCforce controlSOPC
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在現今的機械產業中,力量控制是一個相當重要的課題,在一般做力量控制的方法不外乎為阻抗控制與使用昂貴之力量感測器,而本文主旨提出了可以減少複雜之數學推導以及價格相當便宜之方法。首先藉由霍爾元件量測機械手臂各軸馬達之感應電流,且利用類比轉數位IC將其訊號回傳至系統晶片以達成此系統架構之閉迴路控制,在藉由反運動學分析、機械手臂終端器之力量與各軸馬達扭力之推導得以完成機械手臂之力量控制。
由於馬達各軸之參數都無法得知,所以本文將採用model-free智慧型控制策略,以傳統PI控制器以及模糊滑動控制器(FSMC)為控制主軸,並以不同力量值(9N,20N)以及不同方向(Y,Z)之實驗,來驗證本文提出之方法的正確性。最後由本文之實驗結果,PI與FSMC控制器均得到不錯之效果,得以進一步驗證了本文提出之方法。
Recent years, force control is a very important issue in industrial robots. Generally, force control can be determined by two methods, first is used impedance control; second is used expensive force sensor. The main idea of this thesis is used Hall sensor to measure each axis motor's current, and use relationship between motor torque and current to do robot end-effector force control. Then derive the Inverse Kinematics and relationship between robot end-effector force and each motor torque to complete the force control.
Because of each axis motor's parameter can not be known, so this thesis will use model-free PI controller and Fuzzy sliding mode controller. We will do many kinds of experiments such as different force value and different force direction. These experiments are used to prove the method that we presented is correct.
中文摘要 I
Abstract II
目錄 IV
圖表索引 V
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 4
1.4論文架構 4
第二章 系統架構 5
2.1 Nios II發展板 8
2.2 機械手臂 10
2.3 馬達驅動電路 11
2.3.1系統晶片之脈波寬度調變電路(PWM)設計 13
2.4 霍爾感測器及其原理 14
2.5類比轉數位IC (ADC1225CCD-1) 15
2.6類比開關(DG412) 16
2.5 個人電腦 17
2.7 NIOSII微處理器之規劃 18
第三章 機械手臂位置與力量理論分析 21
3.1連桿參數與座標(Link Parameters and Coordinate) 22
3.2機械手臂運動學分析 24
3.3機械手臂反運動學 29
3.3.1 反運動學推導 29
3.4終端器之力量與各軸扭力關係之推導 31
第四章 控制理論 35
4.1 PI控制器 37
4.2 基本模糊理論 38
4.2.1 模糊集合與隸屬函數 38
4.2.2 基本模糊控制器架構 39
4.3滑動模式控制 44
4.3.1 滑動模式控制原理 44
4.3.2 滑動模式控制理論基礎 45
4.4 模糊滑動模式控制 48
第五章 實驗結果與討論 52
5.1 PI控制器實驗 55
5.1.1 PI控制器之實現 55
5.1.2 PI控制器之實驗結果與討論 56
5.2 FSMC控制器實驗 63
5.2.1 FSMC控制器之實現 63
5.2.2模糊滑動模式控制器之實驗結果 64
第六章 結論與未來展望 72
6.1結論 72
6.2未來展望 72
參考文獻 73
作者簡歷 77
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