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研究生:許方傑
論文名稱:蛇型機器人運動軌跡之模擬研究
論文名稱(外文):Study the Trace of the Snake-LikeRobots
指導教授:楊耀昇楊耀昇引用關係
口試委員:李世欽才有益
學位類別:碩士
校院名稱:高苑科技大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:蛇形機器人運動學運動控制
外文關鍵詞:Snake-like robotDynamicsMotion control
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蛇形機器人具有很高的運動穩定性和環境適應能力,適合在水下地下管道、凹凸
不平的地面等特殊的環境中工作,因而成為機器人領域的一個新的研究重點。本研究是
利用市售機械元件組成一組蛇形機器人進行其運動軌跡之研究分析。研究蛇形曲線進行
相關程式編寫以獲得相應軌跡模擬結果。本研究將探討蛇形機器人的空間機構對該蛇形
機器人進行位置做一分析,並探討其相互間的關係。其結果顯示改變不同關節之初始角
度,蛇形機器人其兩端所產生之位移量遠大於中間關節的位移量,越靠近中間關節,會
因擺動時所產生的牽引力使蛇形機器人有更大的迂迴軌跡,而改變相同關節之初始角度
其對於運動軌跡差異性不大。
Snake-like robots have characteristics, such as high motion stability and environment adaptability. And these characteristics make them suitable to work under special environments. Such as submarine and underground ducts, uneven grounds. So they attract the attention of scholars all over the world and become a new hot issue of research on robots. Based on the analysis of movement of snake. like robot.Motion control is made to make the first snake-1ike robot realize more motion modes. And this dissertation introduces the system integration and the path plan of the snake-like robot with elastic joint which can store energy.
中文摘要................................................................................................................................... I
英文摘要.................................................................................................................................. II
目錄.........................................................................................................................................III
圖目錄.....................................................................................................................................IV
表目錄......................................................................................................................................V
第一章 緒論..............................................................................................................................1
1.1 研究動機....................................................................................................................1
1.2 文獻回顧.....................................................................................................................2
1.2.1 研究現況.........................................................................................................2
1.2.2 運算模式.........................................................................................................5
第二章 蛇型機器人軟硬體結構............................................................................................11
2.1 機器蛇機械構造.......................................................................................................11
2.2 機器蛇單元組裝構造[22].......................................................................................12
2.3 MultiFLEX 控制卡[22]..........................................................................................15
2.4 連接裝置..................................................................................................................17
2.5 軟體介紹...................................................................................................................19
第三章 蛇行機器人軌跡規劃原理........................................................................................23
3.1 蛇類爬行的運動模式..............................................................................................23
3.1.1 蜿蜒運動......................................................................................................23
3.1.2 收縮運動......................................................................................................24
3.1.3 直線運動......................................................................................................24
3.1.4 側繞運動......................................................................................................24
3.2 實驗設計...................................................................................................................25
3.2.1 實驗規劃......................................................................................................25
3.2.2 實驗量測......................................................................................................28
3.2.2.2 數據量測..................................................................................................29
第四章 結果與討論................................................................................................................30
4.1 結果量測..................................................................................................................30
4.2 分析與討論..............................................................................................................51
4.2.1 第一顆馬達起始角度之差異探討..............................................................51
4.2.2 第二顆馬達起始角度之差異探討..............................................................53
4.2.3 小結..............................................................................................................55
4.3 最佳之模擬運動軌跡..............................................................................................55
第五章 結論............................................................................................................................56
IV
圖目錄
圖1. 1 NASA 研發的蛇形機器................................................................................................2
圖1. 2 蛇形機器人GM............................................................................................................3
圖1. 3 ACM-R3 蛇型機器人....................................................................................................3
圖1. 4 日本研發蛇型機器人...................................................................................................4
圖1. 5 S5 蛇形機器人..............................................................................................................4
圖1. 6 上海交通大學研發蛇型機器人....................................................................................5
圖1. 7 機器蛇模型圖................................................................................................................6
圖1. 8 被動輪限制條件示意圖................................................................................................7
圖2. 1 俯視圖..........................................................................................................................11
圖2. 2 側視圖..........................................................................................................................11
圖2. 3 機器蛇關節示意圖......................................................................................................12
圖2. 4 關節結構部分.............................................................................................................13
圖2. 5 關節安裝方式.............................................................................................................13
圖2. 6 各位置示意圖.............................................................................................................14
圖2. 7 馬達連接.....................................................................................................................14
圖2. 8 關節完成圖..................................................................................................................14
圖2. 9 蛇型機器人組裝完成圖.............................................................................................15
圖2. 10 MultiFLEX 控制卡...................................................................................................15
圖2. 11 裝置管理員................................................................................................................18
圖2. 12 電纜連接圖...............................................................................................................18
圖2. 13 馬達調整...................................................................................................................19
圖2. 14 UP-MRcommander 控制軟體...................................................................................20
圖2. 15 軟體控制圖...............................................................................................................21
圖2. 16 指令下載...................................................................................................................22
圖3. 1 蜿蜒運動......................................................................................................................23
圖3. 2 收縮運動......................................................................................................................24
圖3. 3 直線運動......................................................................................................................24
圖3. 4 測繞運動......................................................................................................................25
圖3. 5 Serpenoid 曲線............................................................................................................26
圖3. 6 固定參數之設置,左側兩框為固定馬達接受訊號後之反應時間,右側為程式動作
延遲時間.................................................................................................................................28
V
表目錄
表2. 1 關節材料......................................................................................................................12
表3. 1 第一至第七節馬達之可變製程參數.........................................................................27
表4. 1 研究1 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...............................................30
表4. 2 研究1 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...............................................30
表4. 3 研究1 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...............................................31
表4. 4 研究2 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...............................................31
表4. 5 研究2 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...............................................31
表4. 6 研究2 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...............................................32
表4. 7 研究3 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...............................................32
表4. 8 研究3 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...............................................32
表4. 9 研究3 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...............................................33
表4. 10 研究4 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................33
表4. 11 研究4 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................33
表4. 12 研究4 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................34
表4. 13 研究5 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................34
表4. 14 研究5 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................35
表4. 15 研究5 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................35
表4. 16 研究6 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................35
表4. 17 研究6 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................36
表4. 18 研究6 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................36
表4. 19 研究7 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................36
表4. 20 研究7 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................37
表4. 21 研究7 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................37
表4. 22 研究8 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................37
表4. 23 研究8 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................38
表4. 24 研究8 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................38
表4. 25 研究9 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................39
表4. 26 研究9 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................39
表4. 27 研究9 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖.............................................39
表4. 28 研究10 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...........................................40
表4. 29 研究10 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...........................................40
表4. 30 研究10 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...........................................40
表4. 31 研究11 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...........................................41
表4. 32 研究11 中2 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...........................................41
表4. 33 研究11 中3 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...........................................41
表4. 34 研究12 中1 秒鐘X 及Y 座標之位置與影像擷取圖...........................................42
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