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研究生:楊橤
研究生(外文):Jui Yang
論文名稱:機械式夾爪與XYZ三軸移動橋架型平台之整合應用
論文名稱(外文):The Integration and Application of Mechanical Gripper and Three-Axis Moving Bridge Type Table
指導教授:黃緒哲
指導教授(外文):Shiuh-Jer Huang
口試委員:黃緒哲
口試委員(外文):Shiuh-Jer Huang
口試日期:2014-01-23
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:FSMC三軸移動平台機械式夾爪PC-based
外文關鍵詞:FSMCthree-axis platformmechanical gripperPC-based
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本研究主要目的是結合XYZ三軸平台與機械式夾爪,在PC-based控制環境下,組成一套簡單的搬運及組裝系統;以夾取模式搬運不同物品以及完成組裝配置。
首先,由XYZ三軸平台將夾爪移至於抓取物位置,夾取物品同時進行力量控制,確保物品在搬運過程中不會因為移動導致的震動或夾持力不足而掉落。本研究使用一FSR壓阻式力量感測器偵測夾爪接觸力,藉此判斷夾持物件滑動與否,作為提升或減少夾持力的依據;另機械式夾爪配合一兩相四線式步進馬達進行寶特瓶身與瓶蓋的裝配。經由FSR力量感測器確定夾片夾持力達目標值且無滑動現象,步進馬達開始帶動夾爪轉動,並進行兩階段的夾持力控制,當瓶身與瓶蓋旋緊時,滑動產生、FSR偵測力量改變,表示瓶蓋確定旋緊。
控制器方面分別對三軸平台定位與夾爪的力量及位置控制,採用強健性高且不需要系統模型的模糊滑動控制器(FSMC)、基本模糊控制器(FLC)以及比例-微分(PD)控制器,進行各項訊號偵測及智慧型決策。
In this thesis, a mechanical gripper is combined with the X-Y-Z table to work as a pick-and-place assembly system. PC-based control structure is established to control the Y-Z plane plant motion, the gripper grasping and rotation motion through Peripheral Component Interconnect card. The gripper has built in force sensitive resistor sensor (FSR) to monitor the grasping force. A stepping motor is chosen to control the gripper rotational motion.
PD controller, Fuzzy logic controller (FLC) and fuzzy sliding mode controller (FSMC) are employed to design the trajectory tracking control law for each axis of the X-Y-Z table. After the table reaching the target position, the control system is switched into mechanical gripper operation control. FSR force sensor is used to detect the grasping force and the slipping between gripper and object. For the bottle cap tightening application, the mechanical gripper was moved to the specified position for grabbing the cap by X-Y-Z table motion, and then move to the cap assemble position. The Z axis and stepping motor were moving simultaneously to screw the cap into the top screw of a bottle. According to practical operation situation, the grasping force should be designed to two steps for cap picking and fastening, respectively. FSMC controller is designed to monitor the grasping force based on FSR feedback information.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 工具機機台控制回顧 2
1.2.2 機械夾爪系統回顧 2
1.3 研究目標 3
1.4 論文架構 3
第二章 硬體系統架構 4
2.1 系統架構描述 4
2.2 XYZ平台系統 5
2.3 機械式夾爪 10
2.3.1 夾爪設計簡介 10
2.3.2 機械爪簡介 10
2.3.3 機械夾爪設計 10
2.3.4 夾爪驅動系統 11
2.3.5 兩相步進馬達 15
2.3.6 壓阻式力量感測器(FSR,Force Sensitive Resistor) 17
2.3.7 機構分析 19
第三章 控制理論 20
3.1 PD控制器 20
3.2 基本模糊控制理論 22
3.2.1 模糊集合及隸屬函數 22
3.2.2 基本模糊控制器架構 23
3.3 模糊結合滑動模式控制理論(Fuzzy Sliding Mode Control) 28
3.3.1 滑動模式控制(Sliding Mode Control) 28
3.3.2 模糊滑動模式控制(Fuzzy Sliding Mode Control) 33
3.4 控制策略 38
3.4.1 XYZ三軸移動平台空間平面定位移動 39
3.4.2 夾爪之力量控制 40
3.4.3 定點間物體夾取、搬運與放置 41
3.4.4 寶特瓶身與瓶蓋旋裝 42
第四章 實驗結果與比較 43
4.1 PD控制器、FSMC與Fuzzy Logic Control三軸機械平台循跡實驗比較 43
4.1.1 PD控制器實驗結果 43
4.1.2 Fuzzy Logic Control實驗結果 46
4.1.3 FSMC實驗結果 50
4.1.4 實驗結果討論 53
4.2 機械夾爪夾持力控制實驗 54
4.2.1 實驗結果 55
4.2.2 實驗結果討論 57
4.3 寶特瓶蓋旋裝實驗 58
4.3.1 實驗結果 59
4.3.2 實驗結果討論 59
第五章 結論與未來展望 61
5.1 結論 61
5.2 未來展望 61
參考文獻 62
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