淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-1108201115405200
中文論文名稱 機器人腳之邊界元素接觸分析
英文論文名稱 Boundary Element Contact Analysis of Robot Foot
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 塗憲麒
研究生英文姓名 Shien-Chi Tu
學號 698370128
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-07-14
論文頁數 37頁
口試委員 指導教授-劉昭華
委員-劉昭華
委員-陳正光
委員-王銀添
中文關鍵字 雙足機器人  邊界元素法  翻覆力矩  接觸分析 
英文關鍵字 Biped robot  Boundary element method  Tip-over moment  Contact analysis 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 當機器人腳承受前傾和側向力矩時,可能造成機器人翻覆的不穩定狀態。本論文利用邊界元素法,從事機器人腳與地面之彈性接觸分析,接觸分析過程為疊代程序,且同時考慮位移與應力接觸條件,亦即接觸應力須為壓應力,且接觸區域內節點不得穿透地面。此程序可求出不同受力情況下機器人腳與地面之接觸區域大小及應力分布。本論文分析過程將地面考慮為剛體,機器人腳為彈性體,在腳上同時施加垂直地面的正向力,以及使機器人往前傾倒或側向傾倒的力矩,求出翻覆力矩大小,並比較彈性體矩形腳型以及彈性體半圓形腳型的翻覆力矩。
英文摘要 A robot foot may tip-over when it is subjected to forward as well as lateral turning moments. In this thesis boundary element method is used to perform foot-to-ground elastic contact analysis. The procedure is iterative, and makes use of both displacement and stress contact conditions, namely, no interpenetration, and compressive normal stress. Contact region and stress distribution in the region may be determined in the analysis. In this thesis the ground is rigid while the foot is elastic. A normal force, together with forward and lateral turning moments, are applied to the foot. The critical turning moments causing tipping-over may be determined. The critical moments for a semi-circular foot are compared to the moments for a rectangular foot.
論文目次 目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言及研究動機 1
1.2 文獻回顧 1
第二章 邊界元素法原理與問題探討 4
2.1 簡介 4
2.2 邊界積分方程式 5
第三章 數值方法 7
3.1 簡介 7
3.2切割邊界元素及形狀函數 7
3.3邊界條件及解方程式 9
3.4元素合力與合力矩 9
3.5接觸分析 12
第四章 結果與討論 13
4.1 單純施加Fz 13
4.2 施加Fz及Mx 18
4.3 施加Fz及My 29
第五章 結論及未來研究 35
參考文獻 36

圖 目 錄
圖1 半圓形機器人腳自由體圖 4
圖2 P點的i方向有單位力作用,在Q點的j方向產生的牽引力 6
圖3 P點的i方向有單位力作用,在Q點的j方向產生的位移 6
圖4 模擬腳掌尺寸圖 14
圖5 機器人腳底網格圖 14
圖6 Fz下壓力施加區域圖 15
圖7 施加Fz的接觸區域圖 16
圖8 半圓形腳掌受到正向力作用時的應力分布 17
圖9 半圓形腳掌的純壓力接觸區域元素編號圖 17
圖10 實驗編號FzMx1接觸區域圖 20
圖11 實驗編號FzMx2接觸區域圖 20
圖12 實驗編號FzMx3接觸區域圖 21
圖13 實驗編號FzMx4接觸區域圖 21
圖14 實驗編號FzMx5接觸區域圖 22
圖15 實驗編號FzMx6接觸區域圖 22
圖16 實驗編號FzMx7接觸區域圖 23
圖17 實驗編號FzMx8接觸區域圖 23
圖18 實驗編號FzMx9接觸區域圖 24
圖19 實驗編號FzMx10接觸區域圖 24
圖20 實驗編號FzMx11接觸區域圖 25
圖21 矩形腳掌網格圖 27
圖22 矩形腳掌施加Fz和Mx的最終接觸區域圖 28
圖23 實驗編號FzMy1接觸區域圖 30
圖24 實驗編號FzMy2接觸區域圖 30
圖25 實驗編號FzMy3接觸區域圖 31
圖26 實驗編號FzMy4接觸區域圖 31
圖27 實驗編號FzMy5接觸區域圖 32
圖28 實驗編號FzMy6接觸區域圖 32
圖29 實驗編號FzMy7接觸區域圖 33
圖30 實驗編號FzMy8接觸區域圖 33
圖31 矩形腳掌施加Fz和My的最終接觸區域圖 34

表 目 錄
表1 半圓形腳掌的純壓力接觸區域節點編號與接觸應力 18
表2 施加壓力Fz及Mx和接觸面積的比較 19
表3 施加壓力Fz及My和接觸面積的比較 29


參考文獻 [1] M. Vukobratovic and D. Juricic, “Contribution to the Synthesis of Biped Gait,” IEEE Tran. On Bio-Medical Engineering, Vol. 16, No. 1, 1969, pp. 1-6.

[2] M. Vukobratovic , A. Frank , and D.Juricic , “On the Stability of Biped Locomotion,” IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol 17, No. 1, 1970, pp. 25–36.
[3] T. Qing, X. Rong, and C. Jian, Tip over avoidance control for biped robot, Robotica, vol. 27, 2009, pp. 883-889.
[4] N. Kanehira, T. Kawasaki., S. O, T. Isozumi., T. Kawada, F. Kanehiro, S. Kajita, and K. Kaneko, Design and Experiments of Advanced Leg Module (HRP-2L) for Humanoid Robot (HRP-2) Development, Proceedings of the 2002 IEEE/RSJ Intl. Conference on Intelligent Robots and Systems, 2002, pp. 2455-2460.
[5] K. Kateko, S. Kajita, F. Kanehero, K. Yoyoi, K. Fujiwara, H. Hirukawa, T. Kawasaki, M. Hirata, and T. Isozumi, Design of Advanced Leg Module for Humanoid Robotics Project of METI, Proceedings of the 2002 IEEE International Conference on Robotics & Automation, 2002, pp. 38-45.
[6] Q. Huang, Y. Nakamura., H. Arai, and K. Tanie, Balance Control of a Biped Robot Combining Off-line Pattern with Real-time Modification, Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics & Automation, 2000, pp. 3346-3352.
[7] A. Agrawal, and S. K. Agrawal, An Approach to Identify Joint Motions for Dynamically Stable Walkinge, Journal of Mechanical Design, vol. 128, pp. 649-653, 2006.
[8] N. Motoi, .M. Ikebe, and K. Ohnishi, Real-Time Gait Planning for Pushing Motion of Humanoid Robot, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL INFORMATICS, vol. 3, No. 2, 2007, pp. 154-163.
[9] Q. Huang, K. Yokoi, S. Kajita, K. Kaneko, H. Arai, N. Koyachi, and K. Tanie, Planning Walking Patterns for a Biped Robot, IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol. 17, No. 3, 2001 pp. 208-209.
[10] C. Yang, and Q. Wu, Effects of Constraints on Bipedal Balance Control, Proceedings of the 2006 American Control Conference, 2006, pp. 2510-2515.
[11] J. Li, Q. Huang, W. Zhang, Z. Yu, and K. Li, Flexible Foot Design for a Humanoid Robot, Proceedings of the IEEE International Conference on Automation and Logistics, 2008, pp. 1414-1419.
[12] 涂宜和,機器人腳之有限元素進態壓力分析,淡江大學,機械與機電工程學系碩士論文,2010年6月。
[13] 陳冠伸,機器人腳與地面之邊界元素分析,淡江大學,機械與機電工程學系碩士論文,2010年6月。
[14] G. Beer, I. Smith, and C. Duenser, The Boundary Element Method with Programming, Springer: Wien, New York, 2008.
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2011-08-16公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2013-08-16起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信