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研究生:謝文聖
研究生(外文):Shieh, Wen-Sheng
論文名稱:六軸機械手臂結構設計之研究
論文名稱(外文):Study of Designing Mechanism of Six Axis Robotic Arm
指導教授:周煥銘周煥銘引用關係于劍平
指導教授(外文):Chou, Huann-MingYur, Jiahn-Piring
口試委員:黃馨慧
口試委員(外文):Huang, Hsing-Hui
口試日期:2018-01-31
學位類別:碩士
校院名稱:崑山科技大學
系所名稱:機械工程研究所
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:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:六軸機械手臂諧和式減速機軸關節結構力矩扭力
外文關鍵詞:Six-Axis Robotic ArmHarmonic ReducerJoint Structure of AxisTorqueTorsion Force
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在現代智慧自動化工業及德國工業4.0 的科技發展下,多軸機械手
臂已經不是陌生的名詞,三軸手臂、四軸手臂、六軸手臂等機械手臂
在各種工業與民生領域皆有快速的發展應用,尤其是六軸機械手臂因
其具有速度更快、精度更高、荷重更大等的優點,在產業運用範圍更
是廣泛。另外有些產業雖然需要六軸機械手臂來協助完成生產作業,
但是往往不需要高速度、高精度、高強度等某些技術規格要求,手臂
結構的設計可以簡化,如此結構成本上則可下降許多,即可達到低成
本且又有效率的六軸機械手臂。
本論文主要研究六軸機械手臂結構設計使用諧和式減速機與伺服
馬達間,如何搭配其他動力元件設計出機械手臂,依六軸不同位置所
要求的力矩、扭力,與軸關節結構下產生的不同速度、強度、精密度,
作為機械手臂結構設計的目標。最後,本論文將六軸手臂結構設計規
畫應用在手臂實體上,進行手臂實體製作與安裝,並實際操作測試,
進行驗證與比較,本論文之結果將可提供相關業界參考應用。

In the modern intelligent automation industry and the German
industrial 4.0 technology development, multi-axis robotic arms are no
longer strange words. Three-axis arm, four-axis arm, six-axis arm and other
mechanical arm in a variety of industrial and livelihood areas have rapid
development and application. Especially the six-axis robotic arm, because
of its faster, more accurate, more weight and other advantages, the range of
industrial applications is more extensive. In addition, although some
industries need six-axis robotic arm assist to finish the production
operations. However, some technical specifications such as high speed,
high precision and high strength are often not required. Therefore, the
robotic Arm mechanism design can be simplified, and reduce the cost of
structures. That will achieve the six-axis robotic arm with low-cost and
high efficient.
This study mainly researches the structure design of six-axis robot
using the harmonic reducer and servo motor, and how to design the robot
with other dynamic components. Based on the required torque and torsion
force of the different position for six-axis robotic arm, that will be as a
mechanical arm structure design goals for the different speed, strength and
precision which are produced under the joint structure of axis. Finally, the
mechanism design of six-axis robotic arm was applied to the real robotic
arm and produced the parts of robotic arm and assembles in this study. And
then the robotic arm proceed practical operation test and verify. The results
of this study will provide relevant industries as reference and applications.
中文摘要 ........................................................................................................ i
英文摘要 ....................................................................................................... ii
誌謝 .............................................................................................................. iii
目錄 .............................................................................................................. iv
圖目錄 .......................................................................................................... vi
表目錄 ........................................................................................................ viii
符號說明 ...................................................................................................... ix
第一章 研究緒論 ......................................................................................... 1
1.1 研究背景與動機 ................................................................................. 1
1.2 研究方向與目的 ................................................................................. 2
1.3 預期貢獻 ............................................................................................. 2
1.4 論文架構 ............................................................................................. 3
第二章 文獻探討 ......................................................................................... 4
2.1 機械手臂發展歷程文獻探討 ............................................................. 4
2.1.1 演進與發展 ................................................................................... 4
2.1.2 種類與原理 ................................................................................... 5
2.1.3 應用與發展 ................................................................................... 8
2.2 動力結構分析文獻探討 ................................................................... 10
2.2.1 三軸機械手臂 .............................................................................. 10
2.2.2 四軸SCARA 機械手臂 ............................................................. 12
2.2.3 六軸關節式機械手臂 ................................................................ 14
第三章 研究架構與方法 ........................................................................... 16
3.1 諧和式機械手臂設計架構 ............................................................... 16
3.2 設計方法與原理 ............................................................................... 18
3.2.1 AC 交流伺服馬達 ....................................................................... 19
3.2.2 Harmonic Drive 諧和式減速機 原理介紹 ................................ 27
3.2.3 伺服馬達與減速機結合方式 .................................................... 33
3.3 設計步驟 ........................................................................................... 35
3.4 研究設備介紹 ................................................................................... 55
第四章 研究結果 ....................................................................................... 59
4.1 諧和式設計圖 ................................................................................... 59
第五章 結論與未來展望 ........................................................................... 63
5.1 研究結論 ........................................................................................... 63
5.2 未來展望 ............................................................................................ 64
參考文獻 ..................................................................................................... 66
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