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研究生:汪俊安
研究生(外文):Jiun-An Wang
論文名稱:Hexaglide機構之奇異構型分析與軌跡規劃
論文名稱(外文):Singularity Configuration Analysis and Trajectory Planning of the Hexaglide
指導教授:王勵群
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:並聯平台奇異奇異構型軌跡規劃
外文關鍵詞:HexaglideSingularityTrajectory
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本文針對Hexaglide並聯式平台機構之反向運動學、奇異構型分析及運動軌跡規劃等問題提出研究。吾人首先利用活動平台與各驅動滑塊間之運動關係,推導出活動平台繞主軸旋轉之極限運動邊界。此外,並導出此機構之正、反向Jacobian矩陣之解析型式,並根據其物理意義分析此機構之正、反向奇異構型之形成原因,進而提出一種方法定義正向奇異性質指標。此方法可迅速判別此機構與正向奇異構型接近程度,再藉由活動平台之自轉以求得遠離正向奇異構型之最佳位置。吾人並依此方法提出一種避免於運動過程中產生正向奇異位置之最佳軌跡規劃法則,規劃活動平台點到點運動路徑與封閉運動路徑,再以三次樣條曲線合成最佳運動軌跡。
This thesis deals with the singularity analysis and trajectory planning algorithm of the Hexaglide, which is a spatial six degree-of-freedom parallel manipulator. The analytical equations for computing the rotational limitation of the moving platform around a specified rotation axis at a given point under the inverse kinematics constraints is first developed. The analytic forms of the direct and the inverse Jacobian matrices of the mechanism are then derived based on the velocity transformation equations. The corresponding singular configurations are further investigated based on the theory of instantaneous screw motions and Plücker vector representation of lines. An index for identifying the direct singularity of the manipulator at any specified configuration is then defined, and a simplified analytical approach for evaluating the singularity index is presented. Based on this approach and cubic-spline curve fitting technique, a numerical algorithm for synthesizing the singularity-free point-to-point and continuous motion trajectories of the manipulator is developed.
中文摘要……………………………………………………………….Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………….Ⅱ
誌謝………………………………………………………………….. Ⅲ
目錄………………………………………………………………….…Ⅳ
圖表目錄………………………………………………………….……Ⅶ
第一章 緒論………………………………………………………...1
第二章 反向運動學分析…………………………………………….5
2.1 Hexaglide之構造………………………………………….5
2.2座標系統與桿件參數之定義……………………………...6
2.3反位移分析………………………………………………...8
2.4 活動平台繞主軸旋轉之最大正、反向角度…………….14
2.5 速度分析………………………………………………...17
第三章 正向奇異構型分析…………………………………………18
3.1 推導正向奇異構型之判別式…………………………...18
3.2 Hexaglide之各種正向奇異構型………………………..25
3.3判別正向奇異構型………………………………………..35
第四章 正向奇異性質指標…………………………………………39
4.1 Case 3 之正向奇異性質指標之定義…………………..39
4.2 提出一解析法則判別Case 3 之正向奇異構型………..41
4.3提出一改進方法判別Case 3 之正向奇異構型………...45
4.4 分析步驟………………………………………………...48
第五章 最佳運動軌跡規劃…………………………………………51
5.1 定義活動平台中心點之運動路徑……………………...51
5.2 三次樣條函數…………………………………………...53
5.3 分析步驟………………………………………………...59
第六章 數值範例……………………………………………………67
6.1 定義各種連桿組合之目標函數平均值………………...67
6.2 直線運動路徑…………………………………………...69
6.3 正圓運動路徑…………………………………………...77
第七章 結論與建議…………………………………………………84
參考文獻……………………………………………………………….85
附錄A 求解活動平台之最大旋轉角過程中方程式之係數展開式..87
附錄B 判別正向奇異構型解析法過程中方程式之係數展開式…..90
B.1 (4-15)式之係數……………………………………….90
B.2 (4-16)、(4-17)式之係數………………………….90
B.3 (4-19)式之係數……………………………………….91
作者簡介……………………………………………………………….92
[1] E. F. Fichter, “A Stewart Platform-based Manipulator: General Theory and Pracical Construction”, Int. J. Robotics Res., Vol. 5, pp. 157-182, 1986
[2] C. Gosselin, “Determination of the workspace of 6-d.o.f parallel manipulators”, ASME Journal of Mechanical Design, Vol. 112, PP. 331-336, 1990
[3] A. Dhingra, D. X. Kohli and X. Yong, “Direct kinematics of general Stewart platforms”, American Society of Mechanical Engineers, Vol. 45, PP. 107-112, 1992
[4] L. W. Tsai, “Solving the inverse dynamics of a Stewart-Gough manipulator by the principle of virtual work”, ASME of Transactions of Journal of Mechanical Design, Vol. 122, PP. 3-9, 2000
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[6] 蔡尚憲, “Hexaglide 並聯式平台機構之反運動學及工作空間分析與設計”, 國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文, 2000
[7] 彭建閩, “Hexaglide 並聯式平台機構之反向動力學分析”, 國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文, 2001
[8] J. P. Merlet, “Singular Configurations of Parallel Manipulators and Grassmann Geometry,” Int. J. Robotics Research, Vol. 8,No. 5,pp. 45-56, 1989
[9] C. Gosselin and J. Angeles, “Singularity Analysis of Closed-Loop Kinematic Chains”, IEEE Trans. On Robotics Automation, Vol.6, No. 3, pp. 281-290, 1990
[10] Lung-Wen Tsai, Robot Analysis, John Wiley & Sons, 1999
[11] 李宗翰, “三自由度直線驅動旋轉平台機構之奇異構型分析及尺寸合成”, 國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文, 2001
[12] O. Bottema and B. Roth, Theoretical Kinematics, North-Holland Publishing Co., 1979
[13] Garret N. Vanderplaats, Numerical Optimization Techniques For Engineering Design, McGRAW-HILL, 1993
[14]Curtis F. Gerald and Patrick O. Wheatley, Applied Numerical Analysis, ADDISON WESLEY, 1994
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