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研究生:李吉勝
研究生(外文):Ji-Sheng Li
論文名稱:照護型機器人之載具與設計與開發
論文名稱(外文):Design and Development of Vehicle of a Care Robot
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:施文彬蕭俊祥黃榮堂
口試委員(外文):Wen-Pin ShihJin-siang ShawJung-Tang Huang
口試日期:2016-07-26
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:2016
畢業學年度:107
語文別:中文
中文關鍵詞:服務型機器人、照護型機器人、電路設計、機構設計
外文關鍵詞:Service RobotCare RobotCircuit DesignMechanism Design
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近年來老年人口比例逐年上升,長期照護需求持續增加,因此照護機器人之研發更顯為重要。本論文提出一照護型機器人之載具設計與開發,其中照護機器人使用本實驗室自行開發設計之機械手臂與機械手指。在載具機構設計前,先定義照護型機器人功能及需求,之後依照需求進行載具機構設計。此研究使用電腦輔助繪圖軟體SolidWorks 建立實體模型,以及情境動作模擬與分析,在確定此機構設計之可行性後,進行機構打樣。之後使用電腦輔助繪圖軟體標示載具靜置區,將機器人之電力系統模組化設計及製作,並裝設於載具上,最後進行載具機構測試。
In recent years, an increasing proportion of elderly population, increased demand for long-term care, so the development of care robots more important. This paper presents a carrier robot care of design and development, in which the care robot designed and developed in our laboratory using the robotic arm and mechanical fingers. Before the vehicle body design, define care robot functions and needs, in accordance with the demand after the vehicle body design. This study used computer-assisted graphics software SolidWorks solid model is set, as well as motion simulation and situational analysis, to determine the feasibility of the design of this mechanism, the institutional proofing. After using computer aided drafting software marked vehicle standing area, the system is modular design robots and electricity production, and installed in the vehicle, and finally test vehicle bodies.
摘要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目錄 iv
表目綠 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 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 系統架構與規格 8
2.1 機械手臂介紹 9
2.2 機械手指介紹 10
2.3 載具馬達 11
2.3.1 輪轂馬達(hub Motor) 11
2.3.2 輪轂馬達控制器 12
2.3.3 線性致動器 13
2.4載具感測器 14
2.4.1光學編碼器(Encoder) 14
2.4.2 超音波感測器 17
2.5 全向輪(Omni-wheel) 17
2.6 煞車系統 18
2.6.1 磁粉煞車器 18
2.6.2 磁粉煞車控制器 20
2.7 電力系統 21
2.7.1 主電源電池 21
2.7.2 副電源電池 22
2.8 機械視覺 23
2.8.1 RealSense R200 23
2.8.2 RealSense F200 23
第三章 載具之機構設計 25
3.1 照護型機器人之預設動作設計 26
3.2 載具設計需求與限制 26
3.3 載具機構合成 26
3.3.1 載具之座椅升降之四連桿組 27
3.3.2載具之手臂移動機構之四連桿組 28
3.3.3 載具之機構骨架 28
3.4 載具之尺寸合成 29
3.5 載具之機構設計 30
3.5.1 底盤設計 30
3.5.2 載具之座椅升降機構設計 30
3.5.3 手臂移動機構設計 33
3.5.4 腳踏板機構設計 34
第四章 電路模組化設計 35
4.1 機構靜置區 35
4.2 硬體設備模組化 38
4.2.1 變壓盒 39
4.2.2 副電池盒 42
4.2.3 磁粉煞車控制盒 46
4.2.4 控制盒 46
4.2.5 輪轂馬達控制盒 54
4.2.6 緊急斷電盒 55
4.2.7 極限開關轉接盒 55
4.2.8 遙控器盒 58
第五章 結果與討論 60
5.1動作模擬 60
5.1.1 跌倒/昏倒救援 60
5.1.2 輔助站立 60
5.1.3 站立協助 63
5.2 機構組裝 64
5.3 電力系統安裝 70
5.4 載具測試 72
第六章 結論與未來展望 76
6.1 結論 76
6.2 未來展望 77
參考文獻 78
1. Wikipedia, 機器人,https://zh.wikipedia.org/wiki/机器人
2. Wikipedia, 機器人三定律,https://zh.wikipedia.org/zh-tw/机器人三定律
3. International Federation of Robotics, http://www.ifr.org/
4. 內政部統計處,104年6月底人口結構分析, http://www.moi.gov.tw/stat/news_content.aspx?sn=9689&page=2
5. Fraunhofer IPA, Care-O-bot 3, http://www.care-o-bot.de/en/care-o-bot-3.html
6. Fraunhofer IPA, Care-O-bot 4, http://www.care-o-bot.de/en/care-o-bot-4.html
7. Wikipedia, RIKEN, https://en.wikipedia.org/wiki/RIKEN
8. RIKEN, RIBA, http://rtc.nagoya.riken.jp/RIBA/index-e.html
9. RIKEN, ROBEAR, http://rtc.nagoya.riken.jp/ROBEAR/#spec
10. Softbank, Pepper, https://www.ald.softbankrobotics.com/ja
11. 王昱中,照護型機器人之雙機械手臂機構及機電系統設計,碩士論文,國立台北科技大學,台北市,104年
12. 上銀科技股份有限公司,線性致動器,http://www.hiwin.tw/
13. 企誠自動控制股份有限公司,EHW軸孔型編碼器, http://www.honestsensor.com/zh-TW/index.html
14. 紫盛科技有限公司,磁粉煞車器, http://www.zi-sheng.com.tw/
15. 高達能源科技股份有限公司,GT4840鋰鐵電池, http://www.gtenergy.com.tw/Comparison.aspx
16. 鄒秉翰,照護型機器人系統整合與電路設計,碩士論文,國立台北科技大學,台北市,105年
17. 台灣湯淺電池股份有限公司,NP1.2-12,http://www.yuasa.com.tw/
18. Intel, RealSense R200, http://click.intel.com/intel-realsense-developer-kit-r200.html
19. Intel, RealSense F200, https://software.intel.com/en-us/videos/intel-realsense-3d-camera-f200
20. 日本經濟產業省,http://www.meti.go.jp/
21. Wikipedia, STMicroelectronics, https://en.wikipedia.org/wiki/STMicroelectronics
22. STMicroelectronics,32F429IDISCOVERY,http://www.st.com/web/catalog/tools/FM116/SC959/SS1532/PF259090
23. PC817, http://www-old.wemif.pwr.wroc.pl/lpp/elementy_w_cwiczeniach/pc817.pdf
24. 74HC14, http://www.diodes.com/_files/datasheets/74HC14.pdf
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