本文針對機器人腳利用套裝軟體 ANSYS 從事有限元素接觸分析，在機
器人腳踝同時施加正向力和側向力，或是同時施加正向力和力矩，導致機器
人腳底產生接觸變化。當機器人腳受到正向力和側向力時，黏著區域隨著側
向力增加而減小，同時滑動區域面積變大，終於造成機器人腳逼近完全滑動
的臨界狀態。正向方向的扭轉力矩亦會產生與側向力相似的狀況，當機器人
腳同時受到側向力和扭轉力矩的組合時，可能使機器人腳底產生完全滑動。
另一方面，當機器人腳受到正向力和側向傾倒力矩時，接觸區域會隨著力矩
大小而移動，移動到機器人腳邊界時，機器人即將傾倒。本文找出數種造成
機器人腳不穩定的力量組合進行分析，觀察腳底的黏著區及滑動區變化。

In this thesis the commercial software ANSYS is utilized to perform
finite element contact analysis on a robot foot. Both normal and tangential
forces, with or without moments in various directions, are applied to the
ankle of the foot, and they change foot-to-ground contact conditions. When
the foot is subjected to both normal and tangential forces, sticking zone
decreases with increasing tangential forces, ultimately the foot approaches
the state of gross sliding. The twisting moment in the normal direction
produces similar results as the tangential forces, a combination of the
twisting moment and a tangential force may also bring the foot to the state
of gross sliding. On the other hand, if the foot is subjected to both the
normal force and a turning moment, the contact zone moves toward the
boundary, ultimately the foot loses contact and tipping over. Several force
combinations to bring the foot to instability are found, and corresponding
variations of sliding and sticking zones are observed.

目錄
中文摘要.....................................................................................................I
英文摘要....................................................................................................II
目錄..........................................................................................................III
圖目錄.......................................................................................................V
第一章緒論...............................................................................................1
1.1 簡介...............................................................................................1
1.2 文獻回顧.......................................................................................1
第二章接觸分析.......................................................................................3
2.1 ANSYS 接觸分析簡介..................................................................3
2.2 定義實常數...................................................................................4
2.3 定義接觸方式及接觸對...............................................................4
2.4 後處理接觸情況...........................................................................6
第三章接觸分析例題 ..............................................................................7
第四章結果討論.....................................................................................11
4.1 機器人腳水平施力滑動分析....................................................11
4.1.1 在腳踝施加-Z 方向的壓力..............................................13
4.1.2 在腳踝施加-Z 方向的壓力及X 方向的力.....................15
4.1.3 在腳踝施加-Z 方向的壓力及Y 方向的力.....................21
4.1.4 在腳踝施加-Z 方向的壓力及XY 方向45°的力...........27
4.2 機器人腳施加力矩滑動分析....................................................30
4.2.1 在腳踝施加-Z 方向的壓力及Z 軸力矩與側向力的組合
.....................................................................................................30
4.2.2 在腳踝施加-Z 方向的壓力及Y 軸力矩.........................37
4.2.3 在腳踝施加-Z 方向的壓力及X 軸力矩.........................45
4.2.4 在腳踝施加-Z 方向的壓力及-X 軸力矩........................53
4.3 傾倒力矩x M y M 與剛性腳之比較..............................................61
4.4 側向應力分布..............................................................................62
第五章結論.............................................................................................63
參考文獻...................................................................................................64
圖目錄
圖1 圓柱與地面平面圖….………………………………………………8
圖2 圓柱與地面網格圖….………………………………………………9
圖3 接觸應力分布圖………………...…………………………………10
圖4 機器人腳圖………………………………………...………………11
圖5 機器人腳三視圖……………………………………...……………12
圖6 機器人腳網格圖…………………………………...………………12
圖7 Fz 作用下腳底接觸與滑動分部圖………………………………..13
圖8 Fz 作用下腳底沿X 軸接觸壓力分部……………………………14
圖9 Fz 作用下腳底沿Y 軸接觸壓力分部……………………………14
圖10 Fz 及Fx 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...15
圖11 Fz 及Fx 作用下腳底沿X軸接觸壓力分部…….………..………16
圖12 Fz 及Fx 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...17
圖13 Fz 及Fx 作用下腳底沿X軸接觸壓力分部….…………..………18
圖14 Fz 及Fx 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...19
圖15 Fz 及Fx 作用下腳底沿X軸接觸壓力分部……….……..………20
圖16 Fz 及Fy 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...21
圖17 Fz 及Fy 作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………...………22
圖18 Fz 及Fy 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...23
圖19 Fz 及Fy 作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………...………24
圖20 Fz 及Fy 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...25
圖21 Fz及Fy作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部…………………….…26
圖22 FXY 作用下接觸與滑動分部圖…………………………………..27
圖23 FXY 作用下接觸與滑動分部圖…………………………………..28
圖24 FXY 作用下接觸與滑動分部圖…………………………………..29
圖25 Fz、Fx及Mz作用下接觸與滑動分部圖…………………………..31
圖26 Fz、Fx及Mz作用下接觸與滑動分部圖…………………………..32
圖27 Fz、Fx及Mz作用下接觸與滑動分部圖…………………………..33
圖28 Fz、Fy及Mz作用下接觸與滑動分部圖…………………………..34
圖29 Fz、Fy及Mz作用下接觸與滑動分部圖…………………………..35
圖30 Mz作用下接觸與滑動分部圖……………………………………36
圖31 Fz 及My 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...37
圖32 Fz及My 作用下腳底沿X軸接觸壓力分部……………………...38
圖33 Fz 及My 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...39
圖34 Fz及My 作用下腳底沿X軸接觸壓力分部……………………...40
圖35 Fz 及My 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...41
圖36 Fz及My 作用下腳底沿X軸接觸壓力分部……………………...42
圖37 Fz 及My 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...43
圖38 Fz及My 作用下腳底沿X軸接觸壓力分部……………………...44
圖39 Fz 及Mx 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...45
圖40 Fz及Mx作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………………...46
圖41 Fz 及Mx 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...47
圖42 Fz及Mx作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………………...48
圖43 Fz 及Mx 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...49
圖44 Fz及Mx作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………………...50
圖45 Fz 及Mx 作用下接觸與滑動分部圖……………………………...51
圖46 Fz及Mx作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………………...52
圖47 Fz 及- Mx 作用下接觸與滑動分部圖…………………………….53
圖48 Fz及- Mx作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………………..54
圖49 Fz 及- Mx 作用下接觸與滑動分部圖…………………………….55
圖50 Fz及- Mx作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………………..56
圖51 Fz 及- Mx 作用下接觸與滑動分部圖…………………………….57
圖52 Fz及- Mx作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………………..58
圖53 Fz 及- Mx 作用下接觸與滑動分部圖…………………………….59
圖54 Fz及- Mx作用下腳底沿Y軸接觸壓力分部……………………..60
圖55 Fz 及Fy 作用下腳底沿Y軸接觸壓力及剪應力分部……………62

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