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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃冠鈞
研究生(外文):Huang, Guan-Jun
論文名稱:以LabVIEW對Delta機械臂運動控制之模擬與實現
論文名稱(外文):Simulation and Implementation of the Motion Control of a Delta Robot by Using LabVIEW
指導教授:傅群超
指導教授(外文):Fuh, Chyun-Chau
口試委員:董必正蔡循恒劉倫偉
口試日期:2016-06-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:機械與機電工程學系
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:57
中文關鍵詞:工業4.0LabVIEW運動控制正運動學逆運動學Delta 機器臂
外文關鍵詞:Industry 4.0parallel armDelta robotLabVIEWmotion controlforward kinematicsinverse kinematics
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本論文以LabVIEW設計整合並實現對Delta機械臂的控制及模擬系統。本研究的動機是起因於工業技術的進步與所謂工業4.0的概念被提出。工業4.0,或者稱第4次工業革命,這是最初由德國政府提出的科學技術的高的計畫。這個計畫是由德國的聯邦教育及研究部和聯邦經濟及科技部聯合資助,並且估計投資2億歐元,用來提昇製造業的電腦化、數位化和智慧化。工業4.0已被定義為匯集「網路-實體系統(Cyber-Physical System, CPS)」、「物聯網(Internet of Things)」和「服務網路(Internet of Services)」等價值鏈組織的技術與概念的總稱。隨著產業技術的快速發展,近年來新興名詞「工業4.0」已受到各國的重視。政府、學術界與產業界都紛紛投入大量的資金與人力發展相關產業。智慧型機器人的開發與應用則是工業4.0中重要的一個子項目。
本論文是參考Delta機械臂的外觀,以LabVIEW程式語言撰寫此機械臂的人機介面模擬與控制平台。在模擬方面,我們先擷取編碼器訊號並得到馬達的角度,然後經過正運動學計算出機械臂所有節點的座標,最後在螢幕上顯示該機械臂的3D動畫。控制方面,使用者可透過人機介面選擇不同的控制法則並設定其相關參數。經過逆運動學的計算後,我們可得到三個馬達的個別的角度命令。接著即可將角度命令轉換為脈波命令傳送伺服馬達驅動器,進而控制各伺服馬達轉到所要求的角度,使得Delta機械臂之末端執行器達到我們所想要的位置或座標。

This thesis designs and implements the simulation and control of a class of parallel robot (Delta robot) by using LabVIEW. The motive of this research is that progress caused by industrial technology and concept of the so-called Industry 4.0 were proposed. Industry 4.0 or the fourth industrial revolution originates from a project in the high-tech strategy of the German government, which promotes the computerization of manufacturing. It had been defined as ‘a collective term for technologies and concepts of value chain organization’ which draws together Cyber-Physical Systems, the Internet of Things and the Internet of Services. With the fast development of industry’s technology, industry 4.0 of the new developing noun has already been paid attention to by various countries in recent years. The government, academia and industrial circle all invest a large amount of fund and manpower to develop the relevant industry confusingly. The research and development of the intelligent robot is an important project in industry 4.0.
This thesis is to consult the appearance of a Delta robot, writes a man-machine interface to simulate and control the robot with LabVIEW. In the simulation, we access the encoder signals to get the angles of the motors first, then calculate all nodal coordinates of mechanical arm by kinematics, demonstrate the 3D animation of this robot finally. As regards control, the user can choose different control methods and give the corresponding parameters through the man-machine interface. After calculating inverse kinematics, the three angles commands for the corresponding motors can be obtained, then the reference signal can be transmitted to the motion control card and the drivers in turn. Finally, the end effector of the Delta robot can be moved to the desired position.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究方法 2
1.4 文獻回顧 2
1.5 論文架構 3
第二章 系統架構 4
2.1 機構原理介紹 4
2.1.1 控制平台 5
2.1.2 連接桿件 5
2.1.3 受控平台 6
2.2 機構參數設定與建立 6
2.2.1 控制平台 7
2.2.2 馬達 8
2.2.3 上臂桿件 8
2.2.4 球型接頭 9
2.2.5 下臂桿件 9
2.2.6 受控平台 10
2.3 正逆運動學解法 11
2.3.1 正運動學 14
2.3.2 逆運動學 18
2.4 LabVIEW程式介紹 20
2.4.1 人機介面 21
2.4.2 程式撰寫 22
2.4.3 程式模擬結果 23
2.5 工作空間 24
第三章 硬體及程式架構 25
3.1 硬體介紹 25
3.1.1 伺服馬達 25
3.1.2 馬達驅動器 26
3.1.3 端子座 27
3.1.4 直流電源供應器 27
3.1.5 馬達控制卡 28
3.2 程式流程圖 29
3.3 馬達控制卡的應用程式介面 32
3.4 初始化 33
3.5 平行迴圈架構 34
3.5.1 接收資料迴圈 34
3.5.2 傳送命令迴圈 35
3.6 正逆運動學程式 38
3.6.1 正運動學程式 38
3.6.2 逆運動學程式 39
3.7 人機介面設計 39
3.7.1 參數設定介面 40
3.7.2 控制平台介面 41
3.7.3 馬達狀態介面 42
3.7.4 模擬呈現介面 43
第四章 實驗結果 45
4.1 硬體連線 45
4.2 正運動學實驗 47
4.3 逆運動學實驗 49
4.3.1 定點座標實驗 49
4.3.2 隨機座標實驗 51
4.3.3 路徑追隨實驗 53
第五章 結論 55
5.1 結論 55
5.2 未來展望 55
參考文獻 56


[1] I. Bonev. (May 6, 2001). Delta Parallel Robot–the Story of Success, Online article available at http://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html.
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[18] LabVIEW Pro 專業論壇:http://www.LabVIEWpro.net/.
[19] J. Chen and T. Tang, “Power quality analysis based on LABVIEW for current power generation system,” in 2012 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), pp. 865-870, June 20-22, 2012.
[20] A. Krauß, U. Weimar, and W. Göpel. “LabView™ for sensor data acquisition,” TrAC Trends in Analytical Chemistry, Vol. 18, No. 5, pp. 312-318, May 1999.

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