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研究生:賴冠仁
研究生(外文):LAI, KUAN-JEN
論文名稱:雙機械手臂機構的設計與改進
論文名稱(外文):Design and Improvement of Double Robot Arms on Mechanism
指導教授:杜國洋
指導教授(外文):TU, KUO-YANG
口試委員:洪三山杜國洋陳松雄
口試委員(外文):HUNG, SAN-SHANTU, KUO-YANGCHEN, SONG-SHYONG
口試日期:2017-07-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:電機工程研究所碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:雙手臂機器人應力分析諧波減速機
外文關鍵詞:Dual Robot ArmsStress Force AnalysisHarmonic Driver
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本論文將設計一個雙機械手臂的結構,透過模擬與計算,設計出具有高自由度、高扭力重量比與高定位精度的機械手臂。透過電腦輔助設計機械手臂的各個機械零件,在圖面中可精確的分析各個部位的尺寸,並用其數值計算馬達的扭力與關節的負載。再利用軟體進行應力模擬,機械手臂在工作時各個零件的受力狀態,了解各個零件的弱點,並進行優化,也將受力較小的機構零件,合理的除料優化,以期減輕其重量也降低機械手臂工作時的負載。利用安全係數的規劃,定義機械手臂各個零件的強度,讓即使是受力較大的零件,在工作時一樣有足夠的強度與安全性。研究中也對手臂各個馬達與減速機的選用,提出合理的說明。完成機械手臂設計後,透過在軟體內模擬與計算,掌握機機械手臂的理論性能。
In this thesis, via simulation and calculation a robot arm mechanism of high degree of freedom, high ration of torque and weight, and high precision is designed. By Computer Auxiliary Design (CAD), all mechanical components of designed robot arm are analyzed. Based on the actual size of all mechanical components, the motor torque and joint payload are calculated to simulate the stress force on components so that the weak parts of robot arm can be revealed for improving and then for better mechanical design. In addition, the robot arm components of stronger stress force are cut to reduce weight for light payload. Safety coefficient planning is engaged to define the strength of all robot arm components for bearing larger payload. The reason to choose motors and gears is also included. In this research, the theoretical performance of designed robot arm is studied.
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 viii
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 章節架構 3
第2章 系統架構與理論基礎 4
2.1 前言 4
2.2 機械手臂的規格 4
2.2.1 機械手臂的自由度設計 4
2.2.2 機械手臂的尺寸與各軸獨立負載能力 6
2.3 製作機械手臂的材料 10
2.4 馬達的選用 11
2.5 減速機的選用 16
2.5.1 減速機概述 16
2.5.2 Harmonic drive 諧波減速機 17
2.5.3 Cycloidal drive 擺線式減速機 19
2.6 馬達與減速機組合後的性能 22
2.7 馬達與減速機間的傳動方式 28
2.7.1 時規皮帶的選定與計算 29
2.7.2 時規皮帶設計動力的計算 31
2.7.3 兩軸中心距離計算 33
2.7.4 齒輪傳動的選定與計算 34
2.8 安全係數的規劃 35
第3章 雙臂機械手臂的設計 37
3.1 機械手臂之關節扭矩分析 37
3.2 基礎結構設計 40
3.2.1 設計概念 40
3.2.2 模組化結構的設計 41
3.2.3 伺服結構的干涉分析 47
3.3 初步手臂設計 49
3.4 機械手臂結構模擬 52
3.4.1 連結結構的工作時應力模擬 52
3.4.2 模組化結構工作時應力模擬 55
第4章 模擬分析後的改進 58
4.1 零件結構優化 58
4.1.1 結構應力強化 58
4.1.2 結構輕量化 61
4.2 零件優化結果模擬分析 63
4.3 連結線配置 65
第5章 雙機械手臂性能 67
5.1 雙機械手臂底座設計 67
5.2 雙機械手臂自由度 68
5.3 雙機械手臂的性能 69
第6章 結論與未來展望 71
參考文獻
[1] 國立台灣大學,智慧機器人及自動化研究中心,
http://www.iceira.ntu.edu.tw/project-plans/198-7。
[2] 三住,傳動-時規皮帶的選定方法,
http://tw.misumi-ec.com/pdf/fa/2015/p1_2323_p1_2325_p1_2327_p1_2349_p1_2353.pdf。
[3] KUKA,傳動-機器人系統,
https://www.kuka.com/zh-tw/%E7%94%A2%E5%93%81/%E6%A9%9F%E5%99%A8%E4%BA%BA%E7%B3%BB%E7%B5%B1/industrial-robots/lbr-iiwa。
[4] 安川電機,
https://www.yaskawa.com/home。
[5] 減速機,wiki,
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8。
[6] Harmonic drive gear, 
http://www.harmonicdrive.net/technology。 
[7] igus® stepper motors,
http://www.igus.ee/wpck/7355/DryLin_NEMA_17。 
[8] nabtesco Cycloidal drive,
https://us.precision.nabtesco.com/en/。 
[9] wiki Cycloidal drive,
https://en.wikipedia.org/wiki/Cycloidal_drive。 
[10] 加拿大Alcan鋁業,
http://www.riotinto.com/aluminium-83.aspx。 
[11] 經濟部能源局高效率馬達應用技術開發推廣計畫,高效率馬達,
http://hem.org.tw/images/files/DM/Motor09.pdf。 
[12] 台達電子,AC伺服馬達,
http://www.deltaww.com/default.aspx?hl=zh-TW。 
[13] Maxon motor,
https://www.maxonmotor.com.tw/。 
[14] Robotis,
http://www.robotis.us/。 

電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20221231)
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