跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(35.175.191.36) 您好!臺灣時間:2021/07/31 23:51
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:賴柏澔
研究生(外文):Bo-Hau Lai
論文名稱:應用粒子群最佳化演算法結合擾動法於新型四足機器人之步態運動規劃與控制
論文名稱(外文):Gait Planning and Control of a Novel Quadruped Robot Using PSO with Perturbation Method
指導教授:林啟瑞林啟瑞引用關係林志哲林志哲引用關係
指導教授(外文):Chii-Ruey LinChih-Jer Lin
口試委員:陳俊達蕭俊祥
口試委員(外文):Chun-Ta ChenJin-Siang Shaw
口試日期:2012-07-17
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:121
中文關鍵詞:四足機器人順滑模態控制器軌跡規劃計算力矩控制器擾動法粒子群最佳化演算法
外文關鍵詞:quadruped robotsliding mode controllertrajectory planningcomputed torque controllerperturbation methodParticle Swarm Optimization
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:266
  • 評分評分:
  • 下載下載:18
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
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


1.黃庭偉,機械狗腿部機構設計,碩士論文,國立中山大學機械與機電工程學系,高雄,2005。
2.智能科技有限公司,
http://www.robotics.com.hk/index.php?option=com_wrapper&Itemid=122
3.洪國凱,五連桿式四足機械動物的機構設計與步態控制,碩士論文,國立高雄第一科技大學系統與控制工程研究所,高雄,2006
4.Keisuke ARIKAWA, Shigeo HIROSE, " Development of Quadruped Walking Robot TITAN-VIII," Proceedings of IEEE IROS, 1996, pp.208-214
5.Shuan-Yu Shen, Cheng-Hsin Li, Chih-Chung Cheng, Jan-Ching Lu, Shao-Fan Wang, and Pei-Chun Lin, " Design of a Leg-Wheel Hybrid Mobile Platform," IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Louis USA , 2009, pp4682-4687
6.柯致中,四足機器人穩定爬升樓梯步態之軌跡規劃,碩士論文,國立台灣大學工學院機械工程學系,台北,2010。
7.李青峰,四足步行機器人之設計與動態分析,碩士論文,國立中央大學機械工程研究所,桃園,2004。
8.陳清風,四足機械動物之硬體設計實作與輕量化設計流程探討,碩士論文,國立台灣科技大學機械工程系,台北,2004。
9.Tan Fung Chan, Rajiv V. Dubey, "A Weighted Least-Norm Solution Based Scheme for Avoiding Joint Limits for Redundant Manipulators," Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, Atlanta, USA, 1993, pp395-402
10.林志哲,具贅餘自由度機械臂之運動規劃與追蹤控制,博士論文,國立成功大學機械工程學系,台南,1998。
11.賴信成,双足步行機械人之步姿運動規劃及控制,碩士論文,大葉大學,彰化,2003。
12.Chun-Ta CHEN, "A Lagrangian Formulation in Terms of Quasi-Coordinates for the Inverse Dynamics of the General 6-6 Stewart Platform Manipulator ," JSME International Journal Series C, vol.46, no.3, 2003, pp.1084-1090
13.蔡民祥,六腳機械載具之設計與動態分析,碩士論文,國立中央大學,桃園,2003。
14.陳佳慕,以嵌入式控制系統實現一新型四足步行機器人之步態,碩士論文,大葉大學,彰化,2010。
15.Chii-Ruey Lin, Chun-Ta Chen, Bo-Hao Lai, Jia-Mu Chen, "Gait Generation and Behavior Control of a Novel Quadruped Walking Robot Using Embedded Control Systems, " The 11th International Conference on Automation Technology, Douliou, Taiwan, 2011
16.彭鈞愷,「四足機器人穩定行走之步態運動控制」,國立虎尾科技大學學報,雲林,2009/12,pp1-15。
17.Muybridge, Animals in Motion, New York, Dover, 1957
18.李凱笙,機械手臂之動態順滑控制,碩士論文,大葉大學,彰化,2003。
19.Roberts, Rondey G., Anthony A. Maciejewski, "Singularites, stable surfaces, and the repeatable behavior of kinematically redundant manipulators, " The International Journal of Robotics Research, vol.13, pp70-80,1994
20.曾建潮,介婧,崔志華,微粒群算法,北京:科學出版社,2004。
21.Yuhui Shi, Russell Eberhart, "A Modified Particle Swarm Optimizer," IEEE World Congress on Computational Intelligence, Anchorage, AK, 1998, PP69-73
22.Majid Zamani, Nasser Sadati, Masoud Karimi Ghartemani, "Design of an Controller Using Particle Swarm Optimization," International Journal of Control, Automation, and Systems, vol.7, no.2, 2009, pp273-280
23.Goh Shyh Chyan, S.G. Ponnambalam, "Obstacle avoidance control of redundant robots using variants of particle swarm optimization," Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2012, pp147-153
24.Clerc M., "The swarm and the queen: towards a deterministic and adaptive particle swarm optimization," Proceedings of the ICEC, Washington, 1999, pp1951-1957

25.傅增棣,電腦輔助工程設計-ADAMS基礎應用手冊,台北:高立圖書有限公司,2004。
26.蔡自興,機器人學,北京:清華大學出版社,2000。
27.Mark W. Spong, Seth Hutchinson, M. Vidyasagar, Robot Modeling and Control, New York:John Wiley & Sons
28.陳永平,可變結構控制設計,台北:全華科技圖書股份有限公司,1999。
29.秦宗漢,混合型順滑模態控制於高精度線性馬達摩擦力補償,碩士論文,國立臺北科技大學自動化科技研究所,台北,2007。
30.林為宇,順滑控制在伺服系統設計上的應用,碩士論文,國立成功大學航空太空工程研究所,台南,1995。
31.Jean-Jacoques E. Slotine, Weiping Li, Applied Nonlinear Control, Prentice-Hall, 1991


連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top