簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林子欽
Lin, Tzu-Chin
論文名稱: 六軸力感測器研發與雙足機器人之結構分析
Development of a Six-Axis Force Sensor and Structural Analysis of a Biped Robot
指導教授: 何明字
Ho, Ming-Tzu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 120
中文關鍵詞: 六軸力規應力分析
外文關鍵詞: force sensor, stress analysis
相關次數: 點閱:76下載:7
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文旨在改善本實驗室先前所設計之雙足機器人的結構和發展機器人的六軸力感測器。在機械結構的部分,從改善機器人髖關節自由度、設計配重及用ANSYS Workbench軟體模擬機器人的結構以達到輕量化等三個方向做設計。在六軸力感測器上,吾人設計一個感測器的結構並用應變規來做量測,應變規所得的輸出電壓必須經過解耦合矩陣及力-力矩的校正計算,才可得到所有軸向的力及力矩。最後實驗結果得知六軸力規的Fz、Mx和My具有良好線性度,而Fx、Fy和Mz線性度並不好,對於機器人的步態平衡控制而言只需Fz、Mx和My的軸向即可,所以此六軸力規適用於本實驗室之機器人系統。

    The aim of this thesis is to improve the mechanical structure of a previously designed biped robot and to develop a six-axis force sensor for the robot. For the mechanical structure,we improve the freedom of the hip joints,design the counterpoise and use the software of ANSYS Workbench to achieve light-weighting design.For the design of the six-axis force sensor,we design the sensor's structure and use the strain gauges to measure forces and moments.A decoupled matrix transformation and force-moment calibration are used to obtain the corresponding forces and moments.Finally,experimental results show that there is a good linearity in Fz、Mx and My,but the linearity in Fx、Fy and Mz is not good.However,to maintain balance walking for a robot,only measurements of Fz、Mx and My are need. According to the results, this six-axis force sensor is applicable to the robot system developed in our laboratory.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖表目錄 VII 第一章 緒論 1-1研究背景與動機 1-1 1-2研究目的 1-2 1-3研究方法及步驟 1-2 1-4相關文獻回顧 1-5 1-5本實驗室之相關成果 1-11 1-6論文結構 1-11 第二章 雙足機器人系統之機構設計與製作 2-1前言 2-1 2-2雙足機器人之機構設計 2-2 2-2-1髖關節機構設計 2-2 2-2-2配重設計 2-4 2-2-3機構輕量化設計 2-8 2-3總結 2-12 第三章 六軸力規設計分析與實現 3-1前言 3-1 3-2基礎材料力學簡介 3-1 3-3樑的彎矩應力推導 3-5 3-3-1樑受彎矩與應變的關係 3-5 3-3-2樑的彎矩應力 3-7 3-3-3樑斷面為矩形的彎矩應力 3-9 3-4應變規基本原理及推導 3-11 3-4-1應變規基本原理 3-11 3-4-2應變規電阻與應變的關係 3-13 3-5應變規與惠斯登電橋的關係 3-16 3-5-1惠斯登電橋的基本原理 3-16 3-5-2應變規與惠斯登電橋的關係 3-18 3-6六軸力規幾何設計 3-22 3-7力規的數學模型 3-23 3-7-1第一矩面定理 3-24 3-7-2第二矩面定理 3-27 3-7-3彎矩圖介紹 3-28 3-7-4M/EI圖介紹 3-30 3-7-5施於六軸力規的應力與應變數學模型 3-31 3-7-6六軸力規的力及力矩與電壓數學模型 3-35 3-8力規的耦合現象 3-36 3-9電路設計 3-50 3-10力規測試校正平台 3-53 第四章 實驗結果與討論 4-1前言 4-1 4-2六軸力-力矩與電壓校正表 4-2 4-3討論與總結 4-14 第五章 結論與未來展望 5-1結論 5-1 5-2未來展望 5-1 參考文獻 Ref-1

    [1]J. M. Gere and B. J. Goodno, Mechanics Of Materials,Stamford,2009
    [2]A. C.Ugural, Mechanical Design, New Jersey Institute of Technology,2009
    [3]Robotic Portal, http://mindtrans.narod.ru/
    [4]Waseda robot, http://www.humanoid.waseda.ac.jp/booklet/kato_2.html
    [5]Y. Ogura, H. Aikawa, K. Shimomura, H. Kondo, A. Morishima, H.O. Lim, and A. Takanishi, “Development of a New Humanoid Robot WABIAN-2,” Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 76-81, 2006.
    [6]ASIMO robot, http://world.honda.com/ASIMO/
    [7]S. Nakaoka, F. Kanehiro, K. Miura, M. Morisawa, K. Fujiwara, K. Kaneko, S. Kajita, and H. Hirukawa, “Creating Facial Motions of Cybernetic Human HRP-4C,” Proceedings of the 9th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, pp. 561-567, 2009.
    [8]I.W. Park, J.Y. Kim, J. Lee, and J.H. Oh, “Mechanical Design of Humanoid Robot Platform KHR-3,” Proceedings of the 5th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, pp. 321-326, 2005.
    [9]MAHRU robot, http://humanoid.kist.re.kr/eng/mahruahra/info_01.php
    [10]DLR-Biped, http://www.dlr.de/rm/en/desktopdefault.aspx/tabid-6838/11291_read-25964/
    [11]LOLA robot, http://www.amm.mw.tum.de/1/news/aktuelle-projekte/humanoid-robots/lola/
    [12]AAU-BOT robot, http://www.aaubot.aau.dk/index.php
    [13]Yobotics-IHMC Biped robot, http://robot.ihmc.us/Robotics/Multimedia/IHMC_Photos/Pages/Yobotics-IHMC_Biped
    [14]王紹帆,「雙足機器人的設計與實現」,國立台灣大學工學院機械工程學系碩士論文,民國九十九年。
    [15]盧兆慶,「雙足機器人之步態規劃與感測系統建置」,國立台灣大學工學院機械工程學系碩士論文,民國九十九年。
    [16]趙毓文,「雙足機器人之機電整合與腳步協調規劃與控制」,國立台灣大學工學院機械工程學研究所碩士論文,民國九十九年。
    [17]簡誌佑,「以Linux-RTAI為基礎之機器人足部設計與實現」,國立成功大學工程科學系碩士論文,民國一○○年。
    [18]趙冠舜,「以Linux-RTAI為基礎之雙足機器人機電整合設計與實現」,國立成功大學工程科學系碩士論文,民國一○一年。
    [19]A.R. Son, J. H. Oh, T.Y. Noh and W.S. Yoo, “Development of a Mechanically Coupled, 6-Axis Force-Torque Sensor for Humanoid Robots. ” ASME, pp.1-8, 2007.
    [20]L.P. Chao and C.Y. Yin, “The Six-Component Force Sensor for Measuring the Loading of the Feet in Locomotion,” Materials and Desings, pp. 237-244,1999.
    [21]Strain gauge, http://www.ni.com/white-paper/3642/zht
    [22]盧兆慶,「雙足機器人之步態規畫與感測器系統建置」,國立台灣大學機械工程學系碩士論文,民國九十九年。
    [23]陳柏宇,「應用軀幹補償於雙足機器人步行之平衡控制」,國立台灣科技大學高分子工程系碩士論文,民國九十六年。
    [24]高炳中,「雙足機器人步行規畫與平衡控制」,國立台灣科技大學高分子工程系碩士論文,民國九十七年。

    下載圖示 校內:2018-09-03公開
    校外:2020-07-27公開
    QR CODE