臺灣博碩士論文加值系統

一般在機器人之運動規劃研究中，通常會利用幾何關係法（Geometric Method）、pseudo-inverse法或零空間法（null space）求解逆向運動學，但這三種方法於求解具幾何限制的關節角度問題上較為困難，所以本論文中採用於1998年被提出的最佳擾動法做逆向運動學的推導，由於最佳擾動法屬於格點搜尋法，需花費大量的時間做最佳擾動值的搜尋，所以本論文提出應用粒子群最佳化演算法做最佳擾動法的擾動值搜尋，以加速最佳擾動法於搜尋最佳擾動值的速度。
利用電腦輔助設計軟體SolidWorks與動態模擬分析軟體Adams/View做系統建模，再藉由Matlab/Simulink與Adams聯合模擬，做運動學的規劃、所需力矩的計算及動態模擬的呈現。
於控制器的設計部分，利用Lagrange法推導四足機器人之動力學方程式，設計計算力矩控制器與順滑模態控制器來求解系統所需之力矩，並做比較與討論，最後利用Lyapunov方程式進行推導，證明所選取的順滑面為穩定的系統。

In the trajectory planning studies of robot, usually using geometric method, pseudo-inverse method or null space method to solve the inverse kinematic. But use these methods to solve the problem is so hard if the geometric constraints of the joint. Therefore, using the perturbation method in this paper to solve the inverse kinematic problem. But the perturbation method is the one by one search the optimal perturbation value. Using this method to search the optimal value have to consume much time. So recommend to using the Particle Swarm Optimization to increase velocity for search the optimal perturbation value.
In this paper using the Solidworks and Adams/View to modeling the quadruped robot. Design of Computed Torque Controller and Sliding Mode Controller by Matlab/Simulink. Show the trajectory planning by Adams/View.
Design of a controller using Lagrange to Derivation the dynamic equation of quadruped robot. And using the controller to compute the torque for the robot’s trajectory planning. In the last chapter, prove the quadruped robot system is stable by Lyapunov.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的與本文架構 7
第二章 四足機器人機構介紹與運動規劃 9
2.1 四足機器人機構介紹 9
2.2 四足機器人3D模型建立 12
2.2.1 模型建立與簡化 12
2.2.2 模型基本參數設定 14
2.3 四足機器人步態與跨步規劃 15
2.3.1 四足機器人之步態介紹與規劃 15
2.3.2 四足機器人之單腳跨步介紹與規劃 16
第三章 四足機器人之運動規劃 19
3.1 四足機器人之系統設定 19
3.1.1 四足機器人模型架構 19
3.1.2 四足機器人之模擬假設 21
3.2 順向運動學 22
3.3 逆向運動學 23
3.3.1 逆向運動學之問題討論 24
3.3.2 最佳擾動法 30
3.3.3 粒子群最佳化演算法 33
3.4 運動規劃之探討與論述 36
3.4.1 CaseI 四腳支撐以達機身初始平衡之步態規劃 38
3.4.2 CaseII 單腳跨步及餘三支腳支撐之步態規劃 40
3.4.3 CaseIII四腳支撐及機身平移之步態規劃 45
3.5 軌跡規劃之結論 50
第四章 動力學方程式推導與控制 51
4.1 四足機器人模擬環境建置 51
4.1.1 Adams / View設定 51
4.1.2 模型匯入與模擬假設 54
4.1.3 Matlab/Simulink與Adams/View聯合模擬 55
4.2 動力學方程式推導 59
4.3 四足機器人之控制器設計 61
4.3.1 計算力矩控制器 61
4.3.2 順滑模態控制器 62
4.4 四足機器人之控制器模型建置 67
第五章 模擬結果與討論 70
5.1 CaseI 四腳支撐以達機身初始平衡之步態規劃 71
5.1.1 計算力矩控制器應用於CaseI 71
5.1.2 順滑模態控制器應用於CaseI 78
5.1.3 CaseI之Adams/View動態呈現 86
5.1.4 CaseI模擬結果討論 87
5.2 CaseII單腳跨步及餘三支腳支撐之步態規劃 87
5.2.1 計算力矩控制器應用於CaseII 88
5.2.2 順滑模態控制器應用於CaseII 91
5.2.3 CaseII之Adams/View動態呈現 95
5.2.4 CaseII模擬結果討論 96
5.3 CaseIII四腳支撐及機身平移之步態規劃 97
5.3.1 計算力矩控制器應用於CaseIII 97
5.3.2 順滑模態控制器應用於CaseIII 104
5.3.3 CaseIII之Adams/View動態呈現 111
5.3.4 CaseIII模擬結果討論 112
5.4 軌跡追蹤控制器之結論 113
第六章 結論與未來展望 114
6.1 結論 114
6.2 未來展望 115
參考文獻 117
附錄 120

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