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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李委峻
研究生(外文):Wei-Chun Li
論文名稱:高負載機械手臂設計與控制
論文名稱(外文):Design and control of High-load robot arm
指導教授:黃榮堂黃榮堂引用關係
指導教授(外文):Jung-Tang Huang
口試委員:林志哲陳達仁
口試委員(外文):Jr-Je LinDa-Ren Chen
口試日期:2012-07-20
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:74
中文關鍵詞:機械手臂數位訊號處理器機器人運動學
外文關鍵詞:Robot armDSPRobot kinematic
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本研究主旨在設計一可承受高負載的機械手臂。利用馬達作為動力源經過傘齒輪差動傳動機構,可增加扭矩之輸出達到高負載,且具有自鎖的功能。機械手臂的肘部以及腕部利用鋼纜輪軸減速機構達到高效率且可有遠距離傳輸的特性,可減輕馬達上扭矩的損失。做機器人的運動學分析運算,控制部分使用數位訊號處理器來做手臂的位置控制,達到指定之動作。

The subject of this study is about a high-load robot arm design. The motor increases the torque output by a special drive mechanism, and has a self-lock function. To reduce the motor torque loss, the elbow and wrist use a rope-pulleys institution to get high efficiency and long distance transmission. The analysis of robot''s kinematic is also implemented. Finally DSP is used to control speed and position of the robot arm to achieve the tasks.

摘 要 I
ABSTRACT 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 研究動機與目的 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 論文架構 7
第二章 新型機械手臂之設計 8
2.1 手臂設計概念 8
2.2 新型機械手臂設計流程與設計方法 10
2.3 傳動機構設計概念 17
2.3.1傘齒輪差動傳動機構 17
2.3.2鋼纜輪軸減速機構 18
2.4 鋼纜強度設計 20
2.5 螺栓強度設計 22
第三章 手臂機構探討與分析 24
3.1 機構有限元素分析 24
3.2 機器人學運動學分析 32
3.2.1DH(Denavit-Hartenberg)參數表示 32
3.2.2機械手臂的建構和座標轉換 34
3.2.3機械手臂之順向運動學 35
3.2.4機械手臂之逆向運動學 38
3.3 機器人學運動學之模擬驗證 45
3.3.1順向機械人學運動學之模擬驗證 45
3.3.2逆向機械人學運動學之模擬驗證 47
第四章 機械手臂機電系統設計與整合 50
4.1 交流伺服馬達 50
4.2 直流馬達 53
4.3 電容式壓力感測器 55
4.4 控制系統設計 56
第五章 結果與分析 61
5.1 設計與組裝結果 61
5.2 傳動機構測試 62
5.3 機構負載測試 64
5.4 位移控制測試 69
第六章結論與未來展望 71
6.1結論 71
6.2未來展望 71
參考文獻 73


[1] 電子工程專輯,http://www.eettaiwan.com/ART_8800465839_676964_NT_64960106.HTM,2009,7月擷取。
[2] MarkYim, Wei-MinShen, BehamSalemi, DanielaRus,Mark Moll, Hod Lipson, EricKlavins,And Gregory S. Chirikjioan,”ModularSelf-Reconfigurable Robot System” IEEE Robotics & Automation Magazine, MARCH 2007, pp. 43-52, 2007.
[3] Barrett Technology Inc. page : http://www.barrett.com/robot/index.htm
[4] Toshiharu Mukai, Shinya Hirano, Morio Yoshida, Hiromichi Nakashima, ShijieGuo and Yoshikazu Hayakawa, Tactile-Based Motion Adjustment for the Nursing-Care Assistant Robot RIBA, IEEE International Conference on Robotics and Automation, Shanghai International Conference Center, p.5433-5441, 2011.
[5] Toshiharu Mukai, Shinya Hirano, Hiromichi Nakashima, Yo Kato, Yuki Sakaida, ShijieGuo and Shigeyuki Hosoe, Development of a Nursing-Care Assistant Robot RIBA That Can Lift a Human in Its Arms, The IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, p.5996-6001, 2010.
[6] 三菱MELSERVOJ3伺服馬達型錄,板橋:瀚衛科技有限公司。
[7] KHK小原齒輪工業齒輪型錄,page:http://www.khkgears.co.jp/tw/index.html。
[8] Spotts, Shoup, Hornberger, Design of Machine Elements, Prentice Hall, 8rd, 2003.
[9] 莊明家,機械設計及分析,復文書局,初版,1990
[10] 台灣三住公司技術資料p.2849-2850,台灣三住有限公司
[11] MatWeb, MATERIAL PROPERTY DATA.page:http://www.matweb.com/
[12] KHK齒輪技術資料,page: http://www.khkgears.co.jp/tw/index.html。
[13] Mark W. Spong, Seth Hutchinson and M. Vidyasagar, Robot Modeling andControl, Wiley, USA, 1989 .
[14] John J. Craig, Introduction to Robotics Mechanics and Control, Addison-Wesley,2004. p63-100
[15] Jayoung Kim, Minyoung Sin andKihong Lee, Kinematics Analysis and Motion Planning For a 7-DOF Redundant Industrial Robot Manipulator, 2011 11th International Conference on Control, Automation and Systems, p522-527, 2011.


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