本論文提出一個自適應三指夾爪的設計實現方式，主要有二個部分：(1)夾爪機構及(2)夾爪控制。在夾爪機構上，本論文使用欠驅動機構來設計自適應手指，此設計方法由兩個四連桿機構及扭力彈簧來組成手指，可以根據物件的形狀改變手指的形態來配合物件，達到穩定夾取各種形狀物件的目的。在夾爪控制上，本論文提出了兩種控制：(1)位置控制及(2)力量控制。在位置控制上，本論文設計一個模糊PID控制器，其利用馬達編碼器所得到之當前馬達位置來控制夾爪開合時的形態，使其可以根據使用者夾取各種形態及大小的物體，事先調整適當的手指形態，即可縮短夾爪開合時的週期。在力量控制上，本論文設計一個模糊控制器來控制夾爪的鬆緊度，其利用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，根據這些回授計算馬達接觸到物件後的位移量來驗證物件夾取時的鬆緊度。由實驗結果可知，夾爪加入此兩種控制模式後，確實讓夾爪可以更有效的夾取物件。

A design and implementation method of a self-adaptive three-finger gripper is proposed in this thesis. There are two methods, one is the gripper mechanism and the other is the gripper control. In the gripper mechanism design of this 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. In the gripper control, two control types are proposed. One is a position control and the other is a force control. In the position control, a fuzzy PID control based on the motor current position obtained by a motor encoder is proposed to control the grabbing and loosening status of gripper. It can adjust the appropriate gesture in advanced according to the shape and size of object to eliminate the grabbing and loosening period of the gripper. In the force control, a fuzzy controller based on the current obtained by a current sensor is proposed to determine a rotational speed of the brushless DC motor to control the tightness of the gripper while this gripper is grabbing. According to the feedback to compute the displacement after the motor contacts the object, it can corroborate the tightness when the object is grabbed. The more amount of the displacement the tighter the gripper grabs the object. Some experimental results are presented to illustrate the proposed two control types can let the gripper can effectively grab objects.

中文摘要	I
英文摘要	II
目錄	III
圖目錄	V
表目錄	X
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	夾爪系統介紹	4
2.1 機械手臂夾爪機構設計	7
2.1.1 夾爪傳動機構設計	7
2.1.2 自適應手指	9
2.1.3 手指旋轉平台	17
2.2 自適應三指夾爪機構設計	19
2.3 自適應三指夾爪的系統架構	24
第三章	力量模糊控制器	31
3.1 模糊控制器基本架構	31
3.2 模糊控制器於自適應三指夾爪力量系統	33
第四章	位置模糊PID控制器	40
4.1 PID控制器基本架構	40
4.2 模糊PID控制器基本架構	42
4.3 模糊PID控制器於自適應三指夾爪位置控制系統	43
第五章	實驗結果	48
5.1 自適應三指夾爪夾取各種形狀物件的實驗	48
5.2 力量模糊控制器於自適應三指夾爪夾取物件的實驗	51
5.3 位置模糊PID控制器於自適應三指夾爪位置的實驗	55
第六章	結論與未來展望	59
6.1 結論	59
6.2 未來展望	59
參考文獻	60
 
圖目錄
圖 2.1、第六代機械手臂夾爪系統機構設計流程圖	7
圖 2.2、第一代夾爪系統之傳動機構	8
圖 2.3、第二代夾爪系統之傳動機構	8
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	9
圖 2.7、自適應手指的結構圖	10
圖 2.8、自適應手指夾取物品的分解步驟圖：(a)、(b)、(c)、(d)	10
圖 2.9、平面四連桿機構示意圖	11
圖 2.10、雙搖桿機構示意圖	12
圖 2.11、自適應手指之傳動機構的配置圖	12
圖 2.12、諧和式減速機零件	14
圖 2.13、蝸桿蝸輪組運作方式示意圖	16
圖 2.14、正齒輪旋轉帶動手指旋轉示意圖	18
圖 2.15、手指可旋轉方向示意圖	18
圖 2.16、正齒輪旋轉方向示意圖	19
圖 2.17、手指旋轉平台下視圖	19
圖 2.18、手指旋轉平台上視圖	19
圖 2.19、自適應三指夾爪的3D CAD圖	20
圖 2.20、手指連桿件長度對照示意圖	21
圖 2.21 、單一手指長度修改前後對應比較圖	22
圖 2.22、單一手指角度修改前後對應比較圖	22
圖 2.23、單一手指輸出軸修改前後對應比較圖	23
圖 2.24、自適應三指夾爪的系統架構圖	24
圖 2.25、直流無刷馬達的構造圖	27
圖 2.26、直流無刷馬達及其驅動器之配置圖	28
圖 2.27、扁平直流無刷馬達EC-flat20-5W的實體圖	28
圖 3.1、模糊控制器的基本架構	31
圖 3.2、自適應三指夾爪系統之模糊控制器的輸入輸出架構圖	34
圖 3.3、輸入變數iTightness的歸屬函數圖	36
圖 3.4、輸入變數iCurrent的歸屬函數圖	36
圖 3.5、輸出變數oSpeed的歸屬函數圖	36
圖 4.1、PID控制器的基本架構	40
圖 4.2、模糊PID控制器基本架構	42
圖 4.3、模糊PID控制器的輸入輸出架構圖	43
圖 4.4、輸入變數變化量e 歸屬函數圖	44
圖 4.5、輸入變數變化量△e 歸屬函數圖	44
圖 4.6、 歸屬函數	44
圖 4.7、 歸屬函數	45
圖 4.8、 歸屬函數	45
圖 4.9、Kp的解模糊化三維空間模擬	46
圖 4.10、Ki的解模糊化三維空間模擬	47
圖 4.11、Kd的解模糊化三維空間模擬	47
圖 5.1、夾取圓球實體圖：(a) 6A三指夾爪(b) 6B三指夾爪	48
圖 5.2、夾取方塊實體圖：(a) 6A三指夾爪(b) 6B三指夾爪	49
圖 5.3、夾取立著圓柱實體圖：(a) 6A三指夾爪(b) 6B三指夾爪	49
圖 5.4、夾取不規則物件A實體圖：(a) 6A三指夾爪(b) 6B三指夾爪	49
圖 5.5、夾取不規則物件B實體圖：(a) 6A三指夾爪(b) 6B三指夾爪	50
圖 5.6、夾取不規則物件C實體圖：(a) 6A三指夾爪(b) 6B三指夾爪	50
圖 5.7、夾取不規則物件D實體圖：(a) 6A三指夾爪(b) 6B三指夾爪	50
圖 5.8、只用電流閥值來控制夾爪夾取物件時之狀態 (a)電流及Speed輸出圖與(b)實際馬達轉速及電流回授圖	51
圖 5.9、模糊控制器之輸出入響應圖	52
圖 5.10、使用模糊控制器(iTightness = PS)來控制夾爪夾取物件時之狀態 (a)電流及Speed 輸出圖與(b)實際馬達電流及轉速回授圖	52
圖 5.11、使用模糊控制器(iTighness = PM)來控制夾爪夾取物件時之狀態 (a)電流及Speed 輸出圖與(b)實際馬達電流及轉速回授圖	53
圖 5.12、使用模糊控制器(iTightness = PB)來控制夾爪夾取物件時之狀態 (a)電流及Speed輸出圖與(b)實際馬達電流及轉速回授圖	53
圖 5.13、只用電流閥值	54
圖 5.14、模糊控制器(iTightness= 1)	54
圖 5.15、模糊控制器(iTightness = 2)	54
圖 5.16、模糊控制器(iTightness = 3)	54
圖 5.17、手指角度0-10度：(a) PID控制(b) Fuzzy PID控制	55
圖 5.18、手指角度0-20度：(a) PID控制(b) Fuzzy PID控制	56
圖 5.19、手指角度0-30度：(a) PID控制(b) Fuzzy PID控制	56
圖 5.20、旋轉平台0-90度：(a) PID控制(b) Fuzzy PID控制	57
圖 5.21、旋轉平台0-120度：(a) PID控制(b) Fuzzy PID控制	57
圖 5.22、旋轉平台0-180度：(a) PID控制(b) Fuzzy PID控制	58
 
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、自適應手指使用的馬達與減速機及蝸桿蝸輪組	13
表 2.4、減速機特性比較表	13
表 2.5、諧和式減速機CSF-5-30-1U-CC的規格	14
表 2.6、諧和式減速機原理	15
表 2.7、本論文使用的蝸桿及蝸輪規格	17
表 2.8、6A與第二版張力彈簧規格對照表	23
表 2.9、ArduinoNANO開發板及STM32開發板比較表	25
表 2.10、直流無刷馬達驅動器ESCON36/3的規格	26
表 2.11、扁平直流無刷馬達EC-flat20-5W的規格	28
表 2.12、磁旋轉編碼器AS5048B的規格	30
表 3.1、自適應三指夾爪之模糊控制器的控制規則（語言值表示）	38
表 3.2、自適應三指夾爪之模糊控制器的控制規則（數字表示）	38
表 4.1、Kp模糊規則	45
表 4.2、Ki模糊規則	46
表 4.3、Kd模糊規則	46
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	54

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[2]	TrendForce：2016年全球機器人市場成長，中國需求動能依然強勁URL:http://press.trendforce.com.tw/press/20151222-3024.html
[3]	智慧自動化風潮興　工業機器人商機全面引爆URL: http://www.mem.com.tw/article_content.asp?sn=1405020012
[4]	前進智慧製造，視覺機器人漸成新寵URL:http://www.digitimes.com.tw/tw/iac/shwnws.asp?cnlid=19&cat=&packageid=7760&id=0000350826_LIK7I3YM3DKR2V5WEGZT4
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[35]	張瀚升，自適應三指夾爪及其模糊控制器設計，淡江大學電機工程學系碩士論文(指導教授：翁慶昌)，2015。
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[37]	王維豪，氣壓三軸平行機構機械手臂設計與模糊PID控制實現，龍華科技大學機械工程學系，碩士論文(指導教授：李聯旺)，2014。
[38]	高嘉隆，直流無刷馬達之模糊PID控制器設計，亞洲大學資訊工程學系碩士論文(指導教授：施能義)，2010。