仿人形機械手臂設計及控制之研究

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Title:	仿人形機械手臂設計及控制之研究
Authors:	劉偉建洪清寶
Contributors:	電機工程系
Keywords:	伺服控制仿人形機器人機器臂行星式減速機電控系統
Date:	2010-07
Issue Date:	2013-07-31 13:38:06 (UTC+8)
Publisher:	台中;國立勤益科技大學
Abstract:	本論文主要為進行一仿人形機械手臂設計及控制之研究，以開發人形機器人的關鍵組件及電控系統設計為目標。主要包括： 1. 仿人形機器手臂結構之設計：主要包含肩關節設計、上下臂設計、肩關節與上臂連接設計、上下臂連結設計、下臂末梢腕關節設計，總共六個可動關節。每一個可動關節之機械構成使用行星式減速機帶動機構可動處，前四者馬達與減速機驅動接面使用皮帶輪驅動，後二者使用齒輪直接驅動，設計機械手臂時以一普通人手臂之比例作為設計。 2. 仿人形機器手臂電控系統之設計：所設計的仿人形手臂機構主要由直流伺服馬達所驅動，由於必須驅動的軸數達六軸，若進一步考慮將來結合手掌設計之擴充彈性，總驅動軸數將高達20軸以上。因此本論文的電控系統設計將植基於嵌入式系統之架構，每一直流伺服馬達搭配一伺服控制介面卡，伺服控制介面卡上主要包括控制晶片、功率晶體、記憶體儲存馬達的狀態行為、串列通信埠接收來自主控電腦/電路板的驅動命令，並進而單獨完成閉迴路之伺服控制。藉此架構之設計，每一介面卡與一直流伺服馬達結合後，其功能有如RC馬達單體，藉由主控電腦/電路板下達命令到各單體，以分散式控制的架構即可輕易達成仿人形機器手臂之操控。 3. 人機介面系統設計：使用人機介面系統來設計各個軸的運動情形與狀況，手臂的運動可藉由簡單的介面輔助進而加以設計與擴充，人機介面的圖文引導可讓一般人進行簡單操作。 4. 電源系統設計:穩定的電源供應為仿人形機器手臂操控之關鍵，本論文所有關節及電控系統與周邊電路所需之電源，經估算後，並整合設計有一電源供應系統，以提系統操控所需之電力來源。
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