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系統識別號 U0002-2903200716204000
中文論文名稱 四節機器人之控制器設計
英文論文名稱 Controller Design of the Four-link Robot
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 95
學期 1
出版年 96
研究生中文姓名 劉志原
研究生英文姓名 Jhih-Yuan Liu
學號 693342486
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-01-29
論文頁數 66頁
口試委員 指導教授-楊智旭
委員-陳炤彰
委員-王銀添
中文關鍵字 類神經網路  重心法  四節機器人  模糊控制 
英文關鍵字 Artificial Neural Network (ANN)  Center of Gravity (COG)  Four-link Robot  Fuzzy Control 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本論文主要目的是設計及製作一個由三個直流伺服馬達作為關節,長短左右對稱的四節機器人,其外側連桿較短,內側連桿較長,來探討四節機器人在未知載重下的垂直站立動態平衡運動控制。首先利用個人電腦(PC)設計四節機器人的垂直平衡站立運動路徑規劃,再利用類神經網路演算法與模糊控制完成垂直平衡站立運動控制的目標,硬體方面包含了機構設計、直流伺服馬達、傾斜計、數位訊號處理器(DSP)、驅動器的整合。在垂直平衡站立運動中,機器人之重心是判斷平衡與否的重要因素,利用各個馬達之目標角度及速度,配合類神經網路演算法訓練,讓系統在失敗中學習將機構抬起達到機器人穩定站立狀態,當機器人在穩定狀態下,再使用重心法配合模糊控制模擬出四節機器人在未知載重下的垂直平衡站立。最後,模擬出實驗結果印證了機器人在未知載重狀態下的自我學習能力。
英文摘要 The objective of this thesis is to develop a four-link robot to stand up vertically and stably with an unknown loading on a linkage. There are three joints and four links in the robot system. The outside links are long, and inside links are short. The joints are driven by three DC server motors respectively.The sequence of the standing behaviors is assigned by the designed program in a PC. The artificial neural network (ANN) and fuzzy theory are applied to design the controller for the robot. The hardware of this system includes mechanism, DC server motors, a tilt sensor, digital signal process (DSP) board, and motor drivers. The center of gravity (COG) of the robot is an important factor in the standing process. The robot is trained to stand up by angles and angular velocity of motors by using the ANN algorithm. Then, the COG of the robot is controlled to stand up vertically and stably by the fuzzy control theory. The simulational and experimental results indicate that the four-link robot is able to stand up by itself with an unknown loading.
論文目次 目錄
淡江大學論文摘要 I
英文提要 II
目錄 III
符號表 V
圖表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 2
第二章 基礎理論 6
2-1 重心法 7
2-2 類神經網路 9
2-3 模糊理論 11
2-4 模糊控制工具箱(Fuzzy Tool Box) 15
第三章 四節機器人之架構與研究方法 20
3-1 系統架構 21
3-2 研究方法 30
3-2-1 動作規劃 30
3-2-2 控制器設計 35
第四章 模擬結果 45
第五章 結論與討論 51
5-1 結論 51
5-2 討論 51
參考文獻 54
附錄 A 類神經網路簡介 58
A-1 學習規則 60
A-2 倒傳遞演算法則 62

圖表目錄
圖2-1 垂直平衡站立動作重心穩定範圍上視圖 6
圖2-2 第一節(Link1)計算重心變數示意圖 7
圖2-3 計算重心變數示意圖 9
圖2-4 生物神經元與人工神經元差異圖 10
圖2-5 模糊系統的基本架構圖 13
圖2-6 輸入/輸出變數設計圖 16
圖2-7 歸屬函數設計圖 17
圖2-8 規則庫設計圖 19
圖3-1 四節機器人硬體規格圖 22
圖3-2 四節機器人實體圖 22
圖3-3 馬達特性圖 23
圖3-4 馬達實體圖 24
圖3-5 傾斜計實體圖 24
圖3-6 馬達驅動器實體圖 26
圖3-7 編碼器腳位圖 26
圖3-8 MSK2812實體圖 28
圖3-9 TMS320F2812架構圖 28
圖3-10 系統整合架構圖 29
圖3-11 傾斜計可量測角度範圍示意圖 30
圖3-12 四節機械人各節活動範圍 31
圖3-13 垂直平衡站立動作步驟示意圖 34
圖3-14 垂直平衡站立控制流程圖 35
圖3-15 類神經網路訓練架構圖 37
圖3-16 雙曲線正切函數圖 37
圖3-17 補償函數圖 38
圖3-18 系統方塊圖 40
圖3-19 模糊輸出重心值( )之歸屬函數圖 42
圖3-20 馬達一(M1)轉動角度( )之歸屬函數圖 42
圖3-21 馬達二(M2)轉動角度( )之歸屬函數圖 43
圖4-1 狀態一類神經輸出結果圖 46
圖4-2 狀態二類神經輸出結果圖 47
圖4-3 模糊控制結果圖 49

表3-1 直流伺服馬達規格表 23
表3-2 垂直平衡站立控制規則表 44
表4-1 狀態一各點輸出值 46
表4-2 狀態二各點輸出值 47
參考文獻 參考文獻
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