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研究生:陳柏安
研究生(外文):CHEN, PO-AN
論文名稱:具壓剪力感測器之7自由度三爪式機械夾爪用於工業生產線和組裝
論文名稱(外文):Seven DOF 3-finger Robot Gripper with Pressure-shear Sensor for Industrial Production Line and Assembly
指導教授:黃榮堂黃榮堂引用關係蔡定江蔡定江引用關係
指導教授(外文):HUANG, JUNG-TANGTSAI, TING-CHIANG
口試委員:黃榮堂徐正會王銀添蔡定江
口試委員(外文):HUANG, JUNG-TANGSHYU, JENQ-HUEYWANG, YIN-TIENTSAI, TING-CHIANG
口試日期:2020-07-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機械工程系機電整合碩士班
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:機械手壓剪力感測器三軸感測器校正機台夾爪應用於組裝
外文關鍵詞:Robotic gripperPressure/shear sensorsThree-axis sensor calibration machineGripper for assembly
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到目前為止,機械手臂已經廣泛地運用在各個工廠的自動化產線上,而業界在機械手臂末端使用的端效器大部份為真空吸盤或氣壓夾爪或是單一自由度之夾爪,除了只能抓取單一特定工件,在進行產線變更時就無法繼續使用。本文基於現代自動化產線需求,研發一具七自由度三爪式機械夾爪,並結合自行設計之連桿來驅動夾爪末端,增加其確動性,再配合模擬人體肌膚所研發之壓剪力感測器,除了能夾取普通的工件或是零組件之外,也能應對形狀較小、材質較脆弱或是外型複雜的零組件來協調各關節之出力,並且變更姿態進行夾取,進行上下料等任務。而本研究之機械夾爪也能應用於裝配,不管是二爪姿態或是三爪姿態,夾爪皆可以在不控制手臂之情況下,對物品進行平移或是角度變化,以增加裝配之成功率。而在產線變更時,只要更改程式就能快速配合進行夾取。另外,因應自動化產線常有油水及粉塵的場合,所以將機構及感測器排線等包覆且進行IPX3防潑水設計。
Nowadays , the robot arm has been widely used in the automated production lines of various factories. The end effectors used at the end of the robot arm in the industry are mostly vacuum suction cups or pneumatic grippers or single-degree of freedom grippers. It only can grab a single specific workpiece and cannot continue to use it when changing the production line. Based on the needs of modern automated production lines, this article develops a seven-degree-of-freedom three-claw mechanical gripper, and combines the self-designed linkage to drive the end of the gripper to increase its accuracy, and cooperate with the pressure-shear sensor developed by the simulation of human skin, in addition to clamping ordinary workpieces or components, can also respond to components with small shapes, fragile materials or complex shapes to coordinate the output of each joint, and change the posture to clamp for tasks such as loading and unloading. The mechanical jaws in this study can also be used for assembly. Whether it is a two-jaw posture or a three-jaw posture, the jaws can translate or change the angle of the item without controlling the arm to increase the success of the assembly rate. When the production line is changed, as long as the program is changed, it can quickly cooperate with the gripping. In addition, due to the oil and water and dust occasions in the automated production line, the mechanism and sensor cable are covered and the IPX3 water splash design is carried out.
摘 要 i
ABSTRACT ii
致謝 iv
目 錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究流程 3
1.4 論文架構 4
第二章 文獻探討 6
2.1 三指機械手文獻 6
2.1.1 Kinova KG-3 Gripper 6
2.1.2 SCHUNK Dextrous Hand (SDH) 7
2.1.3 Robotiq Adaptive Gripper 8
2.1.4 Barrett Hand BH8-282 9
2.1.5 iRobot-Harvard-Yale Hand 10
2.1.6 A low-cost open-source 3-d-printed three-finger gripper 11
2.1.7 SCHUNK SVH 13
2.2 機械手之觸覺感測器文獻 14
2.2.1 TakkTile Kit for Robotiq 14
2.2.2 透過應變規與PVDF辨識物體之材料性質 15
2.2.3 BioTac for Barrett hand 16
2.2.4 IHY Hand sensors 16
第三章 機構介紹 18
3.1 防潑水機械夾爪機構設計 19
3.1.1 夾爪機構設計 20
3.1.2 電位計安裝設計 23
3.1.3機械夾爪掌部結構設計 24
3.1.4 機械手防潑水設計 25
3.2 第4代機械夾爪設計 27
3.2.1 夾爪機構設計 28
3.2.2 指尖斜角設計 30
3.2.3 電位計安裝設計 31
3.2.5 夾爪電路殼設計 32
3.2.6 夾爪應用於裝配之指尖設計 33
3.3 傳動系統設計 33
3.3.1 馬達選擇 34
3.3.2 傳動齒輪與連桿 35
3.3 機械夾爪抓取物件模擬 38
3.4 機械夾爪相關計算與運動模擬 39
3.4.1 機械夾爪力量及速度計算 39
3.4.2 機械夾爪運動軌跡模擬 41
3.5 機械夾爪機構應力分析 43
3.5.1 機械手指中段支撐件應力分析 43
3.5.2 機械夾爪傳動蝸桿應力分析 45
3.5.3 機械手指傳動連桿應力分析 48
3.6 機械夾爪機構公差分析 51
第四章 電路系統介紹 54
4.1 機械夾爪電路介紹 54
4.2 壓剪力感測器介紹 55
4.2.1磁場感測器介紹 56
4.2.1電容式感測器介紹 57
4.2.2機械夾爪感測器走線規劃 58
4.3 結合步進馬達三軸壓剪力校正機台介紹 59
第五章 實驗與討論 62
5.1 機械夾爪成品展示 63
5.2 機械夾爪機構本身摩擦力測試 67
5.3 機械夾爪力量測試 70
5.4 機械夾爪自鎖提物測試 72
5.5 機械夾爪最大角速度測試 74
5.6 機械夾爪適應性抓取測試(補圖) 77
5.7 機械夾爪壓力測試 80
5.8 機械夾爪與其他產品規格之比較 81
5.9 機械夾爪問題點與改善 83
第六章 結論與未來展望 85
6.1 結論 85
6.2 未來展望 86
參考文獻 88

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