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 U0002-1308200911391800
中文論文名稱 人型機器人之穩定分析
英文論文名稱 Stability Analysis of Humanoid Robots
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 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 吳奇樺
研究生英文姓名 Chi-Hwa Wu
學號 696370062
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-07-16
論文頁數 49頁
口試委員 指導教授-劉昭華
委員-陳正光
委員-王銀添
中文關鍵字 雙足機器人  臨界狀態  穩定條件  赫氏接觸  機器人滑動 
英文關鍵字 biped robot  critical conditions  stable conditions  Hertz contact  robot sliding 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究是針對雙足機器人在臨界狀態時腳與地面的反作用力,分別探討反作用力分布為單點力、線分布、與面分布三種情況,求出造成此臨界狀態的外力組合。本研究所針對的臨界狀態,主要是機器人在地面上滑動,但也探討機器人的傾倒。在線分布及面分布的情況皆是利用赫氏接觸理論,假設接觸區域內之應力為赫氏分布,並利用平面運動學中之瞬時中心原理求出臨界滑動狀態之切線應力。論文結果包括造成機器人滑動的力量(力矩)Fx,Fy,Mz的組合,以及可能造成傾倒之Mx,My的條件。
英文摘要 In this thesis we discuss ground reaction forces and moments on a foot of a biped robot under a critical stable condition. We treated the following three types of reaction force distribution on the foot: point force, line contact force, and area contact force, and determine force combinations to bring the foot into critical conditions. The emphasis of this study is on the critical stable condition of gross sliding, but the condition of falling is also discussed. We assume Hertz contact stress in line and area contact regions. The theory of instantaneous center of zero velocity in planar kinematics is utilized to determine tangential stress distribution. Results include all combinations of forces Fx, Fy, Mz to cause gross sliding and the possibility for moments Mx, My to cause falling.
論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 IV
第一章 緒論 1
1.1 前言及研究動機 1
1.2文獻回顧 2
1.3研究內容 3
第二章 臨界狀態之接觸形式 5
2.1簡介 5
2.2點接觸的臨界狀態 5
2.3線接觸的臨界狀態 7
2.4面接觸的臨界狀態 9
第三章 分析過程與數值結果 11
3.1點接觸 11
3.2線接觸 12
3.3面接觸 14
3.4點接觸與面接觸的比較 18
第四章 結論及未來研究方向 20
參考文獻 21
附錄A 接觸點B位置座標 23



圖目錄
圖一 (a)雙足機器人之示意圖;(b)機器人腳示意圖 24
圖二 機器人腳及受力狀態,i及j為x及y方向上之單位向量 25
圖三 腳繞直線L3旋轉時在地面上的壓力分佈 26
圖四 地面上線接觸區域內一點p(x,y)之切線應力 27
圖五 在圖二中B點附近的接觸區域 28
圖六 機器人腳之尺寸示意圖 29
圖七 當腳形大小w=1.0,L1=1.5,L2=1.0,a=0.2w,R1=w時,fx、
fy及mz的關係;mBzmax=0.1862;(xB,yB)=(-0.8,-0.25) 30
圖八 當腳形大小w=1.0,L1=2.0,L2=2.0,a=0.2w,R1=w時,fx、
fy及mz的關係;mBzmax=0.7194;(xB,yB)=(-0.8,-0.5) 31
圖九 當腳形大小w=2.0,L1=1.5,L2=1.0,a=0.2w,R1=w時,fx、
fy及mz的關係;mBzmax=0.411;(xB,yB)=(-1.6,-0.75) 32
圖十 當腳形大小w=1.0,L1=1.5,L2=1.0,a=0.1w,R1=w時,fx、
fy及mz的關係;mBzmax=0.0898;(xB,yB)=(-0.9,-0.25) 33
圖十一 當腳形大小w=2.0,L1=2.0,L2=3.0,a=0.4w,R1=時,
fx、fy及mz的關係;mBzmax=3.2878;(xB,yB)=
(-1.2,-1.5) 34
圖十二 當腳形大小w=1.0,L1=1.5,L2=1.0,a=w/100,R1=
時,fx、fy及mz的關係;mBzmax=0.0089;(xB,yB)=
(-0.9,-0.25) 35
圖十三 當腳形大小w=0.5,L1=1.2,L2=0.8,a=0.0585w,R1=w
時,fx、fy及mz的關係;mBzmax=0.2078;(xB,yB)=
(-0.9415,-0.1) 36
圖十四 線接觸情況即將滑動下的(mx,my)的關係;圖中顯示的是無
因次化之xi及eta數值 37
圖十五 R3為四周導角半徑 38
圖十六 當a=1.9834,b=0.4408,theta=pi/4時,fx、fy及mz的關
係,mBzmax=1.4435 39
圖十七 當a=1.8410,b=0.6370,theta=pi/4時,fx、fy及mz的關
係,mBzmax=1.8999 40
圖十八 當a=1.7272,b=0.8336,theta=pi/4時,fx、fy及mz的關
係,mBzmax=2.3443 41
圖十九 當a=1.9834,b=0.4408,theta=pi/2時,fx、fy及mz的關
係,mBzmax=1.4435 42
圖二十 當a=1.8410,b=0.6370,theta=pi/2時,fx、fy及mz的關
係,mBzmax=1.8999 43
圖二十一 當a=1.7272,b=0.8336,theta=pi/2時,fx、fy及mz的
關係,mBzmax=2.3443 44
圖二十二 當a=0.7577,b=0.4778,theta=7*pi/6時,fx、fy及mz
的關係,mBzmax=0.2795 45
圖二十三 當a=0.7577,b=0.4778,theta=5*pi/4時,fx、fy及mz
的關係,mBzmax=0.2795 46
圖二十四 當a=0.7577,b=0.4778,theta=4*pi/3時,fx、fy及mz
的關係,mBzmax=0.2795 47
圖二十五 面接觸情況,B點位在theta=pi/4時即將滑動下的
(mx,my)的關係;圖中顯示的是無因次化之xi及eta數值 48
圖二十六 面接觸情況,B點位在theta=pi/2 時即將滑動下的
(mx,my)的關係;圖中顯示的是無因次化之xi及eta數值 49



參考文獻 1.Vukobratvoić, M., and Juričić, D., Contribution to the
synthesis of biped gait, IEEE Transactions of Biomedical
Engineering, 16 (1), 1969.

2.Vukobratvoić, M., and Borovac, B., Zero-Moment point-
thirty five years of its life, International Journal of
Humanoid Robotics, 1 (1), 2004, pp. 157-173.

3.Yin, C., Zhou, Q., and Xiao, L., Walking stability of a
humanoid robot based on fictitious zero-moment point,
IEEE, Int. Conf. on Control, Automation, Robotics and
Vision, ICARCV’06, 2006, pp. 1-6.
4.Goswami, A., Postural stability of biped robot and the
Foot-Rotation indicator (FRI) point, International
Journal of Robotics Research, 18 (6), 1999, pp. 523–533.

5.Wang, P., and Sun, L., The stability analysis for
Quadruped bionic robot, IEEE, Int. Conf. on Intelligent
Robots and Systems, 2006, pp. 5238–5242.

6.Takhmar, A., Alghooneh, M., Alipour, K., and Moosavian,
S. A. A., MHS measure for postural stability monitoring
and control of biped robots, IEEE Int. Conf. on Advanced
Intelligent Mechatronics, Xi’an, China, 2008, pp. 400-
405.

7.Hirukawa, H., Hattori, S., Harada, K., Kajita, S.,
Kaneko, K., Kanehiro F., Fujiwara, K., and Morisawa, M.,
A universal stability criterion of the foot contact of
legged robots-adios ZMP, IEEE, Int. Conf. on Robotics
and Automation, 2006, pp. 1976–1983.

8.Goswami, A., and Kallem, V., Rate of change of angular
momentum and balance maintenance of biped robots,
Proceedings of the 2004 IEEE, Int. Conf. on Robotics and
Automation, 2004, pp. 3785-3790.

9.Raibert, M. H., Legged robots that balance, MIT Press,
Cambridge, MA, 1986.

10.Popovic, M., Hofmann, A., and Herr, H., Angular
momentum regulation during human walking: biomechanics
and control, Proceedings of the 2004 IEEE,
International Conference on Robotics and Automation,
2004, pp. 2405-2411.

11.Popovic, M., and Englehart, A., Angular momentum
primitives for human walking: biomechanics and control,
Proceedings of the 2004 IEEE, International Conference
on Robotics and Automation, 2004, pp. 1685-1691.

12.Fu, C., and Chen, K., Section-Map stability criterion
for biped robots part I : Theory, IEEE, Int. Conf. on
Mechatronics and Automation, 2007, pp. 1529–1534.

13.Kalamdani, A., Messom, C., and Siegel, M., Robots
with sensitive feet, IEEE Instrumentation & Measurement
Magazine, 2007, pp.46–53.

14.Johnson, K. L., Contact Mechanics, Cambridge
University Press, UK, 1985.

15.Timoshenko, S. P., and Goodier, J. N., Theory of
Elasticity, McGraw-Hill, 1970.

16.Liu, C, and Paul, B., Fully developed sliding of rough
surfaces, ASME Journal of Tribology, 111 (3), 1989, pp.
445-451.
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2009-08-18公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2009-08-18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