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研究生： 林神州
Lin, Shen-Chou
論文名稱： 機械按摩手臂設計與控制
Arm Design and Control of A Mechanical Massage System
指導教授： 詹寶珠
Chung, Pau-Choo
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電機資訊學院 - 電機工程學系碩士在職專班
Department of Electrical Engineering (on the job class)
論文出版年： 2013
畢業學年度： 101
語文別： 中文
論文頁數： 121
中文關鍵詞： 伺服馬達 、插值控制 、機械手臂 、機械按摩 、轉矩保護
外文關鍵詞： PLC-based, Interpolation, Massage, Simple Harmonic Motion
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    • 本論文使用「Smart Media & Intelligent Living Excellence Lab」歷年來研究之機械按摩床，為了提升安全性與控制的精度，將原來為PC-based的控制系統，改造為PC-based的人機介面與PLC-based的整合控制系統，同時針對機械手臂運用於人體按摩的舒適性問題進行機械硬體改造，並於控制上強化定位與施力的精準度。
    在機械按摩手臂改造配合程式化的動作控制，由原來僅具「按、壓」等兩項按摩功能提升到具有「按、壓、推、揉、刮、撫」等能力，內建各類型按摩模式供使用者於人機介面上選用，可任意以菜單點選方式組合成符合使用者專用的按摩需求流程，在多重安全措施下，大幅提升了人體舒適與感受滿意度。

    This paper applies years of studies in massage beds from “Smart Media & Intelligent Living Excellence Lab”. In order to improve a bed’s safety and precision of control， PC-based control system will be modified to PC-based HMI (Human Machine Interface) and PLC-based integration system. The robotic arm used in body massage comfort to the transformation of mechanical hardware， and to strengthen the accuracy of positioning and force control.
    In the action of mechanical massage arm transformation with programmable control ， massage arm will be from original “push， press” two basic functions to “press， push， rub， scratch， fushun” functions. Built-in various types of massage modes for user selection in the HMI， click combinations can be any menu to fit the user-specific massage requirements process， multiple security measures that dramatically improves the human comfort and feelings of satisfaction.

    中文摘要...............................................Ⅰ ABSTRACT...............................................Ⅱ 誌 謝...............................................Ⅲ 目 錄...............................................Ⅳ 表 目 錄.............................................Ⅸ 圖 目 錄...........................................Ⅹ 第一章 緒論............................................1 1-1 前言..........................................1 1-2 研究動機與目的................................1 1-3 文獻探討......................................3 1-4 章節提要......................................10 第二章 功能設計與硬體製作.................................11 2-1 功能設計.....................................11 2-1.1 需求分析................................12 2-1.2 機能展開................................13 2-2 硬體系統設計.................................16 2-2.1 實體設計.................................16 2-2.1.1 按摩系統硬體.......................17 2-2.1.2 電控硬體...........................19 2-2.2 製程設計流程............................20 2-2.3按摩手臂設計...........................23 2-3 系統控制層級架構......................29 第三章 控制系統設計..............................30 3-1 PC-based人機介面設計........................30 3-2 PLC-based電控設計............................32 3-2.1數位系統設計............................32 3-2.2 軸控系統設計..............................34 3-2.3 安全防護系統設計.........................36 3-3 伺服馬達運動方法與按摩動作設計.....................39 3-3.1雙軸線性插值控制..........................40 3-3.2三軸線性插值控制..........................41 3-3.3雙軸圓形插值控制..........................43 3-3.4雙軸圓弧插值控制(軸心型)..................45 3-3.5雙軸圓弧插值控制(三點型)..................46 第四章 機電系統整合..................................48 4-1 使用者需求與人機介面整合........................50 4-2 人機介面與控制系統整合..........................53 4-2.1 PC命令列與PLC回饋資訊定義(bit)............53 4-2.2 PC命令列與PLC回饋資訊定義(word)...........55 4-3 控制系統與伺服馬達流程整合....................56 4-4 伺服馬達3D空間定位與按摩運動功能整合..........57 第五章 系統調校與測試..............................58 5-1 伺服馬達調校...................................58 5-1.1 原點位置調校.............................59 5-1.2 位置比例係數調校.........................64 5-1.3 速度係數調校.............................65 5-1.4 安全性轉矩係數調校.......................66 5-2 極限感測器及按摩軸施力感測器調校.................73 5-3 多功能按鈕功能測試.............................73 5-4 人體試驗與感受測試.............................75 5-4.1 Type-01 5-4.1.1 Type-01 使用與測試說明...........75 5-4.1.2 Type-01 實測數據與波形截取.......76 5-4.2 Type-02/03/04 使用與測試結果............78 5-4.3 Type-05 使用與測試結果..................79 5-4.4 Type-06 5-4.4.1 Type-06 使用與測試方式............80 5-4.4.2 Type-06實測數據與波形截取........81 5-4.5 Type-07 5-4.5.1 Type-07 使用與測試方式............83 5-4.5.2 Type-07實測數據與波形截取........84 5-4.6 Type-08 5-4.6.1 Type-08 使用與測試方式............86 5-4.6.2 Type-08實測數據與波形截取........88 5-4.7 Type-09 5-4.7.1 Type-09 使用與測試方式............90 5-4.7.2 Type-09實測數據與波形截取........91 5-4.8 Type-31 5-4.8.1 Type-31 使用與測試方式...........92 5-4.8.2 Type-31實測數據與波形截取.......93 5-4.9 Type-41 5-4.9.1 Type-41 使用與測試方式...........96 5-4.9.2 Type-41實測數據與波形截取.......97 5-4.10 Type-43 5-4.10.1 Type-43 使用與測試方式............99 5-4.10.2 Type-43實測數據與波形截取.......100 5-5 結果討論......................................102 第六章 結論與建議......................................104 6-1 結論..........................................104 6-2 未來展望......................................105 參考文獻...............................................107 附錄A 機械按摩手臂按摩體驗問卷.......................112 自述...................................................121

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