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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳冠亨
研究生(外文):Kuan-Heng Chen
論文名稱:人與移動式機械人之力互動控制研究
論文名稱(外文):Research and Development of Force-Interaction Control Between Human and Mobile Robot
指導教授:葉賜旭
口試委員:林顯易黃甦
口試日期:2012-07-26
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:移動式機器人人機互動控制力互動控制
外文關鍵詞:Mobile robotsInteractive controlForce-Interactive control
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本研究主要發展兩種力互動控制技術,可分別運用在大型與小型的互動型機器人。運用於小型機器人的力互動控制技術,本研究是使用干擾觀測器為力量感測回饋配合運動學分析觀測外界對機器人所施加的力量,使小型機器人可以在沒有扭矩感測器的情況下依外界施予的作用力作出不同的肢體反應運動。運用於大型機器人的力互動控制技術,則是透過無動力機械臂來感測使用者的施力行為,並使用變加速度的速度控制方法控制機器人的運動,使其能夠平穩安全且正確的隨著使用者施力而移動身體。本研究藉由實現力互動控制技術於不同互動機器人表現本研究所提出的機器人與人力互動控制技術為可行。

This study aims to develop two force-interactive control technologies that could be used to execute force-interactive control for human-robot interaction with small and large human-interactive robots. For executing the force-interactive control with a small robot, a sensorless admittance control law designed using a disturbance observer is required. This study aims to develop a sensorless admittance motion control law by using a disturbance observer so that a small humanoid human-interactive robot, which usually cannot be equipped with force/torque sensors, can perform compliance motions by referring to the force exerted by users. However, for executing the force-interactive control with a large robot, the admittance control law must be designed considering a user’s behavior, which is estimated by a developed powerless humanoid body when the users perform cooperative tasks with the large humanoid human-interactive robot. A velocity control algorithm based on variable acceleration is developed to control the motions of the human-interactive robot so that it moves smoothly, safely, and correctly depending on the force exerted by users. The experimental results demonstrate the feasibility of the proposed force-interactive control technologies to control small and large human-interactive robots.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 v
圖目錄 vi
第一章 序論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻探討 1
1.3 問題陳述與提出解決方法 4
1.4 論文架構介紹 6
第二章 小型履帶式力互動機器人之機電系統設計與控制 7
2.1 機器人機構設計 7
2.2 控制系統設計 9
2.3 干擾觀測器設計 12
2.4 順應控制法則設計 14
2.4.1 順應控制架構 14
2.4.2 胸部操作模態 17
2.4.3 右手操作模態 19
2.4.4 左手操作模態 21
2.5 實驗結果與討論 23
2.5.1 馬達參數鑑別實驗 23
2.5.2 干擾觀測器實驗 28
2.5.3 胸部操作模態實驗 28
2.5.4 手部操作模態實驗 32
第三章 大型全向輪式力互動機器人之機電系統設計與控制 35
3.1 全向輪移動平台設計與運動分析 36
3.2 無動力機械臂設計與運動分析 39
3.3 機器人電控系統架構 43
3.4 移動平台速度控制方法 46
3.5 實驗結果與討論 48
3.5.1 平台運動響應實驗 48
3.5.2 互動操作實驗 54
第四章 結論 58
參考文獻 59


[1] PARO Therapeutic robot.Available: http://www.parorobots.com/index.asp.
[2] Personal robots group.
Available: http://robotic.media.mit.edu/projects/robots/huggable/overview/ overview.html
[3] W. D. Stiehl, J. Lieberman, C. Breazeal, L. Basel, LeviLalla, and M. Wolf , "Design of a Therapeutic Robotic Companion forRelational, Affective Touch," 2005 IEEE International Workshop on Robots and Human Interactive Communication, Nashville, TN , 2005, pp.408-415.
[4] Prof. H. Kozima.
Available: http://www.myu.ac.jp/~xkozima/profile-eng.html.
[5] KEEPON.
Available: http://www.myu.ac.jp/~xkozima/carebots/robot.html#infanoid
[6] K. Kosuge, Y. Hirata, "Human-Robot Interaction," International Conference on Robotics and Biomimetics, Shenyang, China, August 22 - 26, 2004, pp.8-11.
[7] Bioloid – Robotis.Available: http://www.robotis.com/xe/bioloid_en.
[8] dsPIC30F4011.
Available: http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName =en010337.
[9] 曾百由著,dsPIC數位訊號控制器原理與應用MPLAB C30 開發實務,台北:宏友圖書股份有限公司,2009,第5-24頁。
[10] Bioloid – Robotis , DynamixelAX-12 Datasheet, pp.7.
[11] 王振興,江昭暟,陳世昌,黃漢邦譯,自動控制系統,台北:東華書局,2004,第130頁。
[12] M. W. Spong and D. Hutchinson and M. Vidyasagar, Robot Modeling and control, New York: John Wiley & Sons, 2006, pp.77-78.
[13] 王振興,江昭暟,陳世昌,黃漢邦譯,自動控制系統,台北:東華書局,2004,第475-477頁。
[14] 工業技術研究院,IMP-2硬體使用手冊
[15] 工業技術研究院,IMP Series 單機模式使用者導引,第6頁


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