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研究生:李紹峰
研究生(外文):Shao-Fong Li
論文名稱:輕量化6自由度機械手臂之研發與製作
論文名稱(外文):Development and production of lightweight six-DOF robot arm
指導教授:邱士軒邱士軒引用關係
指導教授(外文):Shih-Hsuan Chiu
口試委員:邱士軒
口試委員(外文):Shih-Hsuan Chiu
口試日期:2012-07-25
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:材料科學與工程系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:機械手臂機構設計運動學
外文關鍵詞:robot arm designkinematics
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近年來智慧型機器人逐漸發展成熟,機械臂的研究也越來越受重視,無論是自主完成精密組裝作業、大型或重型的搬運工作皆有此需求,而機器人發展至今因需求不同,已開發出許多類型之機器人,而機器臂所具備的基礎不外乎為速度、精度及工作範圍等性能。本研究之目的是開發出輕量化的6自由度機械手臂,且各軸最高轉動速度可至65°/s,往復精度可達±0.05mm,整體質量為10kg,並依據其目標性能進行各關節桿件機構之設計,以關節負載分析方式,選取適合的致動器與減速裝置,再藉由推導出機械手臂運動學與微分運動學方程式,控制機械手臂於空間中位置姿態之移動速度,接著利用軌跡規劃之方式使機械手臂平順於空間中連續移動。最後機械手臂已加工組裝完成,並透過位置控制實驗驗證自行開發之機械手臂性能。
In recently years, intelligent robots have been matured increasingly, the robot arm system claims our attention because it can do autonomous precise assembly task; large-scale or the heavy-scale transporting work; As the progress, people have developed numerous types of robots to meet different demands. Nothing more than speed, precision, and the workspace are the main functions we will stress on robots. This paper aims at building up a high-speed and high-precision robot arm. We design joint components basing on the target functions. By estimating the required torque, we choose the suitable motors and harmonic drivers. By deriving the kinematics and differential kinematics formula of the robot to control the robot arm and change the posture of the robot arm. Then, using tracking plan, we can move the robot arm smoothly through the continuous path. By statics, we estimate the torque that each joint driver need to export to maintain its balance state, when the robot arm stays in specific posture. Finally, through position control experiment are conducted to prove the functions we design.
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖索引 VII
表索引 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 7
1.4 研究論文之架構 8
第二章 六軸機械手臂設計 9
2.1 機械手臂目標性能 10
2.2 機械手臂機構設計 12
2.2.1 自由度配置與關節機構設計 13
2.2.2 關節負載分析 16
2.2.3 致動器與減速裝置 24
2.2.4 機構模擬組裝圖 30
第三章 運動學分析 31
3.1 幾何運動學 32
3.1.1 D-H參數法 33
3.1.2 正向運動學 36
3.1.3 反向運動學 39
3.1.4 模擬 42
3.2 微分運動學 45
3.2.1 正向微分運動學 46
3.2.2 反向微分運動學 51
3.2.3 模擬 52
第四章 實驗 54
4.1 實驗設備 55
4.1.1 電腦 55
4.1.2 介面卡 56
4.1.3 六軸機械手臂 57
4.2 各關節轉動範圍 58
4.3 速度控制與最大負載實驗 65
4.4 控制精度與往復精度實驗 69
4.5 物件搬運實驗 73
第五章 結論與未來展望 75
5.1 結論 75
5.2 未來展望 77
參考文獻 78
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