本論文提出兩個夾爪的設計實現方式：(1)模組化之平行開合二指夾爪系統及(2)自適應三指夾爪系統。在模組化之平行開合二指夾爪的設計上，本論文提出一個加強夾指在平行開合時之穩定度的方法，其可以改善傳輸效率，並且將電路與機構結合在一起來模組化這個平行開合二指夾爪系統，其可以解決之前機構與電路要分開安裝在機械手臂上的問題。在自適應三指夾爪系統的設計上，本論文主要為可分成機構及控制。在自適應三指夾爪的機構上，本論文使用欠驅動機構來設計自適應手指，可以根據物件的形狀改變手指的形狀來配合物件，達到穩定夾取各種形狀物件的目的。在自適應三指夾爪的控制上，由於欠驅動機構會改變手指的形狀，如果使用位置來控制物件的夾取是無法確認手指是否有確實的抓緊物件，所以本論文設計一個模糊控制器，其可以根據使用者選擇的扭力模式及電流感測器回授夾爪在夾取物件時的電流，來決定直流無刷馬達的轉速，讓夾爪可以確實的抓緊物件。

Two grippers are designed and implemented in this thesis. One is a modularization of a parallel opening and closing two-gripper and the other is a self-adaptive three-finger gripper. In the modular design of a parallel opening and closing two-gripper, a method is proposed to enforce the stability of the gripper in the status of parallel opening and closing. It can improve the transmission efficiency. Moreover, a circuit is redesigned so that its size is reduced to be installed inside of the mechanism. It can solve the problem that the circuit needs to be separately installed in the manipulator. In the design of self-adaptive three-finger gripper, there are two parts: mechanism and controller. In the mechanism design of self-adaptive three-finger gripper, an underactuated mechanism with a self-adaptive finger is designed so that it can change the shape of three-finger to grip the object based on its shape. It can achieve the purpose that the gripper can stability grip objects of various shapes. Because the underactuated mechanism can change the finger shape, it can't sure the object be gripped tightly. In the controller design of self-adaptive three-finger gripper, a fuzzy controller is proposed. The speed of motor is determined based on the torque mode selected by the user and the current feedback by the current sensor when the gripper is gripping objects. Let the gripper can actually grip objects.

目錄
中文摘要	I
英文摘要	II
目錄	III
圖目錄	V
表目錄	VIII
第1章 緒論	1
1.1 研究背景與動機	1
1.2 論文架構	3
第2章 夾爪系統介紹	4
2.1 第五代夾爪機構設計	6
2.1.1 第五代夾爪傳動機構	7
2.1.2 第五代夾爪機構	12
2.2 第五代夾爪系統架構	13
2.3 第五代夾爪電路	19
第3章 自適應三指夾爪系統	26
3.1 自適應三指夾爪機構設計	27
3.1.1 自適應手指	28
3.1.2 手指旋轉平台	37
3.2 自適應三指夾爪的系統架構	39
第4章 模糊控制器於夾爪系統之控制	46
4.1 模糊控制器基本架構	46
4.2 模糊控制器於自適應三指夾爪系統	48
第5章 實驗結果	55
5.1 自適應三指夾爪夾取各種形狀物件的實驗	55
5.2 模糊控制器應用於自適應三指夾爪夾取物件的實驗	59
第6章 結論與未來展望	63
參考文獻	64
 
圖目錄
圖 2.1、機構設計流程圖	6
圖 2.2、第一代夾爪系統之傳動機構	7
圖 2.3、第二代夾爪系統之傳動機構	7
圖 2.4、第三代夾爪系統之傳動機構	8
圖 2.5、第四代夾爪系統之傳動機構	8
圖 2.6、第五代夾爪系統之傳動機構	8
圖 2.7、第五代夾爪系統安裝在機械手臂上的位置圖	9
圖 2.8、皮帶輪示意圖	10
圖 2.9、皮帶輪及皮帶長度參數圖	11
圖 2.10、第五代夾爪傳動機構示意圖	11
圖 2.11、第五代夾爪的(a)3D CAD圖及(b)實體圖	12
圖 2.12、第五代夾爪系統的架構圖	13
圖 2.13、ATmega328微控制器腳位圖	14
圖 2.14、弗萊明左手定則及直流馬達示意圖	15
圖 2.15、直流馬達結構	16
圖 2.16、無鐵芯微型直流有刷馬達2642W012CR的實體圖	17
圖 2.17、第五代夾爪電路	19
圖 2.18、訊號控制板	20
圖 2.19、ULN2803 8-bit開集極驅動器	21
圖 2.20、轉壓電路板	22
圖 2.21、APW7080晶片	23
圖 2.22、燒錄晶片電路	23
圖 2.23、FT232晶片	24
圖 2.24、馬達驅動電路	24
圖 3.1、夾爪工作範圍前視圖	27
圖 3.2、夾爪工作範圍上視圖	27
圖 3.3、機構設計流程圖	27
圖 3.4、自適應手指的結構圖	29
圖 3.5、自適應手指夾取物品的分解步驟圖：(a)、(b)、(c)、(d)	29
圖 3.6、平面四連桿機構示意圖	30
圖 3.7、雙搖桿機構示意圖	31
圖 3.8、自適應手指之傳動機構的配置圖	31
圖 3.9、諧和式減速機零件	33
圖 3.10、蝸桿蝸輪組運作方式示意圖	35
圖 3.11、正齒輪旋轉帶動手指旋轉示意圖	37
圖 3.12、手指可旋轉方向示意圖	37
圖 3.13、正齒輪旋轉方向示意圖	38
圖 3.14、手指旋轉平台下視圖	38
圖 3.15、手指旋轉平台上視圖	38
圖 3.16、自適應三指夾爪的系統架構圖	39
圖 3.17、Arduino_Nano開發板	40
圖 3.18、直流無刷馬達的構造圖	41
圖 3.19、直流無刷馬達及其驅動器之配置圖	41
圖 3.20、扁平直流無刷馬達EC-flat20-5W的實體圖	42
圖 4.1、模糊控制器的基本架構	46
圖 4.2、自適應三指夾爪系統之模糊控制器的輸入輸出架構圖	48
圖 4.3、輸入變數iMode的歸屬函數圖	51
圖 4.4、輸入變數iCurrent的歸屬函數圖	51
圖 4.5、輸出變數 的歸屬函數圖	51
圖 5.1、夾取圓球的前後實體圖：(a)夾取前與(b)夾取後	55
圖 5.2、夾取方塊的前後實體圖：(a)夾取前與(b)夾取後	56
圖 5.3、夾取立著之圓柱的前後實體圖：(a)夾取前與(b)夾取後	56
圖 5.4、夾取平放之圓柱的前後實體圖：(a)夾取前與(b)夾取後	56
圖 5.5、夾取鋼杯的前後實體圖：(a)夾取前與(b)夾取後	57
圖 5.6、夾取不規則物件A的前後實體圖：(a)夾取前與(b)夾取後	57
圖 5.7、夾取不規則物件B的前後實體圖：(a)夾取前與(b)夾取後	57
圖 5.8、夾取不規則物件C的前後實體圖：(a)夾取前與(b)夾取後	58
圖 5.9、夾取不規則物件D的前後實體圖：(a)夾取前與(b)夾取後	58
圖 5.10、只用電流閥值來控制夾爪夾取物件時之狀態 (a)電流及PWM 輸出圖與(b)實際馬達轉速及電流回授圖	59
圖 5.11、模糊控制器之輸出入響應圖	60
圖 5.12、使用模糊控制器(iMode = 1)來控制夾爪夾取物件時之狀態 (a)電流及PWM 輸出圖與(b)實際馬達電流及轉速回授圖	60
圖 5.13、使用模糊控制器(iMode = 1)來控制夾爪夾取物件時之狀態 (a)電流及PWM 輸出圖與(b)實際馬達電流及轉速回授圖	61
圖 5.14、使用模糊控制器(iMode = 1)來控制夾爪夾取物件時之狀態 (a)電流及PWM 輸出圖與(b)實際馬達電流及轉速回授圖	61
圖 5.15、只用電流閥值	62
圖 5.16、模糊控制器(iMode = 1)	62
圖 5.17、模糊控制器(iMode = 2)	62
圖 5.18、模糊控制器(iMode = 3)	62
 
表目錄
表 2.1、實驗室歷年所研製的夾爪系統表	5
表 2.2、實驗室歷年所研製機械夾爪所使用四款馬達類型的特性表	6
表 2.3、ATmega328微控制器規格表	14
表 2.4、無鐵芯微型直流有刷馬達2642W012CR的規格	17
表 2.5、磁性編碼器IE2-512的規格	18
表 2.6、光電感測器PM-K24的規格	18
表 2.7、ATmega328微控制器腳位功能圖表	21
表 2.8、馬達驅動器規格	25
表 3.1、自適應三指夾爪的規格	26
表 3.2、自適應手指使用的馬達與減速機及蝸桿蝸輪組	32
表 3.3、減速機特性比較表	32
表 3.4、諧和式減速機CSF-5-30-1U-CC的規格	33
表 3.5、諧和式減速機原理	34
表 3.6、本論文使用的蝸桿及蝸輪規格	36
表 3.7、扁平直流無刷馬達EC-flat20-5W的規格	42
表 3.8、直流無刷馬達驅動器ESCON36/3的規格	43
表 3.9、磁旋轉編碼器AS5048B的規格	44
表 3.10、光電感測器EESX-1109的規格	45
表 4.1、自適應三指夾爪之模糊控制器的控制規則（語言值表示）	53
表 4.2、自適應三指夾爪之模糊控制器的控制規則（數字表示）	53
表 5.1、夾爪以電流閥值與模糊控制器來控制的位移量比較表	62

參考文獻
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