針對六軸機械手臂，本論文提出一個模糊力量感測控制方法以及一套直覺式教導系統的設計與實現方法。在六軸機械手臂之模糊力量感測控制的設計與實現上，本論文提出一個模糊控制器，首先用一個六軸力量感測器來獲得一個施於機械手臂末端點的推/拉力，並將其作為模糊控制器之輸入，然後經由模糊控制器來獲得一個末端點之目標速度，並且進行機械手臂的軌跡規劃，來控制機械手臂末端點的移動。此外，在移動控制的精準度上，為使其不受力量感測器所回授的高頻雜訊干擾，本論文使用巴特沃斯濾波器來對六軸力量感測器所感測的訊號進行低通濾波處理，使機械手臂可以被控制的更加平順。在直覺式教導系統的設計與實現上，本論文實現一個直覺教導的方式，讓教導者可以直接對機械手臂末端點施予推/拉力來移動手臂末端點的位置，並設計一個任務編輯器來進行任務位置及夾爪狀態的編輯及記錄，使機械手臂可以確實執行教導過程之任務位置及夾爪的移動。

In this thesis, a design and implementation method of a fuzzy force control method and an intuitive teaching system is proposed for a six-axis robot manipulator. In the design and implementation of the fuzzy force control method, a fuzzy controller is proposed. First, a six-axis force sensor is applied to obtain a push/ pull force at the end-effector of robot manipulator. It is regard as the input of fuzzy controller. Then, the output of fuzzy controller is regarded as a target velocity of the end-effector and used to do a trajectory planning so that it can control the movement of the end-effector. Moreover, in order to let the high-frequency noise not interference with the sensor feedback to improve the accuracy of movement control, the Butterworth filter is applied to low-pass filter the sensing signal obtained by six-axis force sensor so that the robot manipulator can be controlled more smoothly. In the design and implementation of the intuitive teaching system, a way of intuitive teaching method is implemented so that an instructor can directly apply a push/ pull force on the end-effector of robot manipulator to move its position. A mission editor is designed to edit and record the task position and the gripper’s state so that the robot manipulator can indeed perform the movement of task position and the gripper from the teaching process.

目錄
中文摘要	Ⅰ
英文摘要	Ⅱ
目錄	III
圖目錄	VI
表目錄	X
參數對照表	XI
第一章 緒論	1
1.1 研究背景與動機	1
1.2 論文架構	3
第二章 機械手臂系統介紹	4
2.1 機械手臂之機構與關節配置	5
2.2 機械手臂之硬體規格與硬體系統架構	7
2.3 機械手臂之軟體系統及控制介面	9
2.4 硬體設備的規格與效能	11
第三章 機械手臂之運動學基礎理論	24
3.1 建立D-H連桿表	24
3.2 正向運動學	28
3.3 逆向運動學	33
第四章 力量感測控制與直覺式教導	38
4.1 力量感測控制系統架構	38
4.2 巴特沃斯低通濾波器於力量感測器訊號之應用	40
4.3 模糊控制器基本架構	44
4.4 模糊力量感測控制系統	46
4.5 直覺式教導系統	52
第五章 實驗結果	55
5.1 機械手臂的模糊控制器模擬測試	55
5.2 機械手臂的力量感測控制實測	58
5.3 機械手臂的直覺式教導系統之實作測試	60
第六章 結論與未來展望	65
6.1 結論	65
6.2 未來展望	66
參考文獻	67
 
圖目錄
圖2.1、六軸機械手臂之外觀實體圖	6
圖2.2、機械手臂之各軸馬達及減速機的配置及其尺寸圖	6
圖2.3、機械手臂之硬體系統架構	8
圖2.4、機械手臂的主控程式介面	9
圖2.5、機械手臂的任務與動作編輯器介面圖	10
圖2.6、六軸力量感測器之回授顯示與控制介面圖	10
圖2.7、六軸力量感測器之回授波形顯示介面圖	11
圖2.8、工業電腦IPC-5120的實體圖	12
圖2.9、運動控制卡MC8881P的實體圖	13
圖2.10、運動控制卡MC8881P之轉接板的實體圖	13
圖2.11、SCSI-II機外電纜線的實體圖	14
圖2.12、I/O控制卡LEAPIO48的實體圖	15
圖2.13、I/O控制卡LEAPIO48之轉接板的實體圖	15
圖2.14、機械手臂之電控箱的實體圖	16
圖2.15、機械手臂之配電箱的電路圖	16
圖2.16、PANASONIC公司之AC伺服馬達的實體圖	17
圖2.17、機械手臂各軸減速機	19
圖2.18、兩指電動夾爪之傳動機構的實體圖	20
圖2.19、兩指電動夾爪之訊號控制電路板的外觀實體圖	21
圖2.20、力量感測器ROBOTIQ FT 150	23
圖3.1、 與 無共平面的示意圖	25
圖3.2、 與 相互平行的示意圖	26
圖3.3、 與 相交之狀況一的示意圖	26
圖3.4、 與 相交之狀況二的示意圖	27
圖3.5、六軸機械手臂之座標系配置	27
圖3.6、機械手臂之兩指電動夾爪的三個方位向量	30
圖3.7、尤拉角法之旋轉示意圖	30
圖3.8、球型關節	34
圖3.9、運動學解耦合的示意圖	35
圖3.10、前三軸之關節連桿的幾何關係圖	35
圖4.1、力量感測控制架構圖	39
圖4.2、力量感測控制流程圖	39
圖4.10、機械手臂靜止狀態之力量感測器回授訊號	41
圖4.11、進行快速傅立葉訊號分析	43
圖4.12、力量感測器Y軸訊號之原始訊號與濾波後訊號比較圖	43
圖4.3、模糊控制器之系統架構	44
圖4.4、模糊控制器的輸出與輸入變數	46
圖4.5、向量與其分量示意圖	46
圖4.6、輸入變數 的歸屬函數	48
圖4.7、輸入變數 的歸屬函數	49
圖4.8、輸出變數 的歸屬函數	49
圖4.9、模糊控制器輸出模擬圖	51
圖4.13、直覺式教導系統架構圖	52
圖4.14、直覺式教導流程圖	53
圖4.15、任務編輯器介面	54
圖5.1、速度輸出模擬實驗平台	55
圖5.2、無模糊控制器之速度輸出結果	57
圖5.3、模糊控制器之速度輸出結果	57
圖5.4、模糊控制器實作測試的實景圖	58
圖5.5、模糊控制器實作測試的移動軌跡圖	59
圖5.6、巴特沃斯低通濾波器實作測試的移動軌跡圖	60
圖5.7、巴特沃斯低通濾波器實作測試的速度變化圖	60
圖5.8、任務環境示意圖	61
圖5.9、示範教學動作流程	62
圖5.10、記錄之任務座標及夾爪狀態	63
圖5.11、任務重現執行流程	64

 
表目錄
表2.1、實驗室歷年研製機械手臂所使用之馬達特性的比較表	5
表2.2、機械手臂之硬體系統規格表	7
表2.3、機械手臂之各關節的硬體規格表	7
表2.4、工業電腦IPC-5120的規格	12
表2.5、運動控制卡MC8881P之詳細規格	14
表2.6、各軸AC伺服馬達的規格表	17
表2.7、各軸AC伺服馬達驅動器規格表	18
表2.8、機械手臂各軸減速機規格表	19
表2.9、兩指電動夾爪的規格表	20
表2.10、馬達驅動電路之驅動晶片的規格	22
表2.11、ROBOTIQ FT 150之詳細規格	23
表3.1、D-H連桿參數說明	27
表3.2、六軸機械手臂之連桿表	28
表4.1、模糊控制器的輸入與輸出規則庫	50
表4.2、I/O控制盒功能說明	54
表5.1、任務環境詳細規格	61

參考文獻
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