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研究生:楊育昕
研究生(外文):Yu-Shin Yang
論文名稱:以反覆學習控制為基礎之機械手臂教導系統設計
論文名稱(外文):Design of an Iterative Learning Control¬ Based on the Manipulator Teaching System
指導教授:葉賜旭
指導教授(外文):Syh-ShiuhYeh
口試委員:謝鎮洲張俊隆林洋鑫
口試日期:2016-06-16
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
畢業學年度:104
語文別:中文
中文關鍵詞:機械手臂、定位誤差補償、反覆學習控制、SURF、Homography、RANSAC
外文關鍵詞:ManipulatorPositioning erroriterative learning controlSURFHomography、RANSAC
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目前市面上多數的機械手臂在進行點位教導時,主要方法有三種,一、操作者利用手持式教導器以手動的方式控制機械手臂移動到所需工作的點位置。二、透過工程圖直接給予機械手臂下達非常精確的座標點位置。三、利用影像處理找出欲前往的點位置。但由於機械手臂在移動時,因為各軸馬達的角度誤差、運動控制的命令誤差,造成實際與理想位置並非在同一點上,基於以上的幾項問題,本篇論文的主旨在設計一套以反覆學習控制為基礎之機械手臂教導系統。
這是一套透過影像處理技術結合反覆學習控制的教導系統,本文採用了加速強健特徵演算法SURF (Speed up robust feature)來定義目標物的特徵點,再透過隨機取樣篩選演算法RANSAC (Random sample consensus)來估測平面轉換矩陣(Homography matrix)並取得目標物的正中心點。並以此點中心位置來進行反覆學習ILC(Iterative learning control)的控制系統,將其機械手臂在移動時所造成的誤差收斂至一微小範圍內,使得機械手臂在進行點對點的手眼教導校正精度有所提升。而本文透過實驗驗證,此教導系統對於機械手臂的定位誤差是有顯著的改善,並以此作為機械手臂的教導移動路徑,可以使得機械手臂在點位教導訓練上更加精確快速。
Currently, in order to achieve the learning point in mechanical robotic arm there are three main techniques. The first one, the operator uses a handheld device to teach manually the controlled robotic arm to move to the desired working position. The second one, by drawing; to give a direct and very precise coordinate position. Third, by using image processing to find the heading for the point position. However, during the movement, interfere the angle error of each shaft of the motor and the motion control command error that has as result a not ideal actual position for the same point. According to the above issues, the thrust of this paper is to design to set a Iteration ILC(Iterative learning control¬) based on the Manipulator teaching system.

This is a combination of the teaching of iterative learning control system and image processing technology. It is used an algorithm to accelerate the robust feature SURF (Speed up robust feature) to define the characteristics of the target point and then screened through a random sampling algorithm RANSAC (Random sample consensus) in order to estimate the plane switching matrix (Homography matrix) and achieve a positive center target. This center position moves Iteration ILC in the control system. The error caused in the mechanical arm movements will converge to a small range, so that in this way when the robot use point to point iteration moving can improve the accuracy. Finally, this article shows that through three made experiments, the teaching system for position error is significantly improved by reducing it. As a result, the speed in the teaching path of movement in the robot arm can be increased and accurately achieve the point of the teaching in the training stage.
中文摘要............................i
英文摘要............................iii
致謝................................v
目錄................................vi
表目錄..............................vii
圖目錄..............................viii
第一章 緒論.........................1
1.1 研究動機與目的..................1
1.2 文獻探討與問題陳述...............3
1.3 提出解決方法....................3
1.4 論文架構........................4
第二章 實驗系統與使用設備............5
2.1 系統架構與操作說明..............5
2.2 實驗設備.......................7
2.3 機械手臂介紹 ...................8
2.4 使用治具介紹....................15
2.5 CCD攝影機與影像處理系統..........16
第三章 反覆學習控制架構 ...........37
3.1 定位誤差定義 ...................37
3.2 反覆學習控制 ...................39
3.3 軟體實現方法 ...................43
第四章 棋盤格點位補償實驗............45
4.1 棋盤格單點位補償................45
4.2 棋盤格多點位補償................50
第五章 螺絲孔點位教導實驗............55
5.1 螺絲孔點位教導實現方法及目的.....55
5.2安裝及操作流程 ...................56
5.3實驗過程與結果 ...................58
第六章 結論.........................65
參考文獻............................66
附錄一 空間誤補償模擬設計............70
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