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研究生:曹淯瑋
研究生(外文):Yu-Wei Cao
論文名稱:應用反應曲面法結合基因演算法與田口方法 建構機械手臂伺服控制器參數最佳化
論文名稱(外文):Application of response surface method combined with genetic algorithm and Taguchi method constructed robot servo drive parameter optimization
指導教授:林文燦林文燦引用關係
指導教授(外文):Wen-Tsann Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立勤益科技大學
系所名稱:工業工程與管理系
學門:工程學門
學類:工業工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:伺服控制田口方法反應曲面法基因演算法機械手臂
外文關鍵詞:servo driveTaguchi methodResponse surface methodologyGenetic algorithmRobotic arm
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因近年自動化技術應用日漸廣泛,已從最初的製造業拓展到服務業與醫療上。導入自動化能夠為企業提升產能、節省人力成本以及品質的穩定…等;而許多案例都會結合機械手臂達成自動化,機械手臂的優點在於比起專用機更富彈性且多樣化,機械手臂常被運用在搬運、裝配、塗裝、焊接…等;高重複性或工作環境惡劣的高勞力工作,同時機械手臂可藉由結合周邊配備達到方位辨識、智慧判斷因此也十分適合高複雜度的精密作業。因此在機械手臂自動化的控制上,必需能精確地控制機械手臂的運重複定位精度,自然發展精確的控制技術在機械手臂的定位控制上,變得極為重要。
今日由於伺服控制器相關技術已發展成熟,機械手臂可藉由伺服控制器調整其參數的達到良好的運動控制效果。所以伺服參數設計自然也演變成重要的一環,良好的參數設計,可使機械手臂提高運動效能提升精度,反之若不當的參數設計;將會使抑制手臂性能與精度,更可能使其內部結構損壞,因此伺服控制器的參數最佳化確實有其必要性。
本研究以跨國代工大廠生產之機械手臂進行實證研究,建構機械手臂重複定位精度最佳化模式,本研究運用田口方法尋找出關鍵因子,並使用反應曲面法中的中央合成設計(Central Composite Design)與Box-Behnken Design進行深入的分析,以及比較兩者差異性,最後改良簡易基因演算法搜尋到最大適應度的最佳伺服控制參數,改善之結果以供實務上提升品質之參考與決策規劃時之參考依據。

Because of automation technology is widely used in many cases will be combined with mechanical arm reached automation, robotic arm has the advantage of flexible and diverse, often used in the handling, assembly, painting, welding ... etc.; highly repetitive or working harsh environment applications , also very suitable for highly complex precision work. Therefore, in control, and must be able to precisely control the robotic arm shipped repeat positioning accuracy, precision natural development of control technology in mechanical arm positioning control, becomes extremely important.
  In this study, multinational OEM manufacturers own production of an empirical study of the mechanical arm to construct mechanical arm repeat positioning accuracy optimization model, this study uses the Taguchi method to find out the key factors and using response surface methodology in the Central Composite Design and Box -Behnken Design in-depth analysis and improvement of simple genetic algorithm obtain optimal solution results for practical reference and decision-making when planning the reference.

摘要 i
圖目錄 vii
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 研究範圍 2
1.4 研究架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 機械手臂簡介 4
2.1.1機械手臂運動學 6
2.1.2順向運動學 7
2.1.3控制原理 10
2.2 田口方法 12
2.2.1田口方法原理 12
2.2.2損失函數 13
2.2.3品質特性值的種類 14
2.2.4直交表 16
2.2.5 田口相關文獻 16
2.3 基因演算法 17
2.3.1基因演算法演算原理 18
2.3.2基因演算法運算說明 19
2.3.3基因演算法相關應用與研究 22
2.4 反應曲面法 23
2.4.1反應曲面法起源與介紹 23
2.4.2反應曲面法實驗設計步驟 24
2.4.3反應曲面法數學模式 24
2.4.4反應曲面法設計 25
2.4.5最佳化反應值 26
2.4.6反應曲面法相關文獻 28
2.5 製程能力分析 29
第三章 研究方法與步驟 31
3.1研究架構 31
3.2 實驗設備 32
3.2.1 六軸關節式機械手臂 32
3.2.2 伺服控制器 34
3.2.3 視覺感測器 35
3.3 實驗設備整合 36
3.4現況衡量 38
3.4.1製程能力分析 38
3.4.2空間點為座標檢定 39
3.5 資料分析與改善 39
3.5.1 田口方法的應用 39
3.5.2 反應曲面法的應用 40
3.5.3田口方法結合反應曲面法的應用 41
3.5.4田口方法結合反應曲面法模式之建構 41
3.6 基因演算法的應用 44
3.6.1 簡易基因演算法 44
3.6.2 菁英政策(Elitist Strategy) 46
3.6.3 多基因遺傳理論 47
3.6.4 改良簡易基因演算法 47
3.7 控制與維持 49
3.7.1 驗證量測系統 49
3.7.2 決定製程能力 49
3.7.3 球型座標檢定 49
3.8 研究方法小結 49
第四章 個案分析與探討 50
4.1 現況衡量 50
4.1.1 製程能力檢定 50
4.1.2 空間座標檢定 51
4.2 搜尋關鍵因子 52
4.3 反應曲面法 55
4.3.1中央合成設計 55
4.3.2 Box-Behnken Design 59
4.3.3比較與分析 63
4.4 基因演算法 65
4.5確認實驗 71
4.5.1製程能力檢定 71
4.5.2空間座標檢定 72
4.6 個案小結 73
第五章 結論與建議 74
5.1 結論 74
5.2 建議 75
參考文獻 76

中文文獻
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