臺灣博碩士論文加值系統

本「人機協作型料理機器人–以章魚燒製作為例」結合料理機器人與人機協作模式，透過人與機器人進行交流，持續改善工作流程，完成更複雜，靈活度更高的工作；使用料理機器人可減少人力的支出、提高品質，由機械手臂製作料理也是吸引人們的一種宣傳方式，若店家須製作不同的料理，只要設置好料理機器人及烹飪環境，就可依照程式設計的動作來模仿廚師並製作料理。
本研究包含兩部分，一、四軸水平多關節機械手臂設計與製作，用於章魚燒內餡料盤的運送，其設計的概念源自於晶圓傳送手臂，藉由可以在狹小的空間移動的特性，在料理工作台與冰箱之間快速移動。二、六軸機械手臂控制，使用windows系統電腦，透過Visual Studio中的C#語言來撰寫程式，並透過TCP/IP及USB serial port向機械手臂傳送指令。以人機協作方式製作章魚燒，有別於以往人工製作，有更佳的品質保障與可看性，普遍認為機械手臂只會出現在反覆作業的工廠內，對於出現在一般商圈或夜市中，反而格外顯眼，這個顯眼對我們來說反而是一大亮點，不僅可以吸引人潮圍觀，更可以快速打響名號。

This thesis combines cooking robot and human-machine cooperation modes with an aim to improve working procedures through communications between humans and robots, from which more complex and flexible jobs can be performed. Using cooking robot can reduce manpower costs, improve the quality, and can attract and promote to the public in terms of food prepared by robotic arms. If a shop needs to prepare different dishes, mimicking of chef can be performed according to the program design once the dish preparation robot and the cooking environment are configured.
This study included two parts. One was the design and manufacture of four-axis horizontal multi-joint robotic arm for moving around the plate with filling of takoyaki, as its concept was based on the wafer robot, since it was capable of moving rapidly in tiny space between the cooking table and the refrigerator. Secondly, a six-axis robotic arm was controlled by a Windows-based system with its program written in C language of Visual Studio, where instructions were transmitted to the arm through TCP/IP and USB serial port. Human-machine collaboration preparation of takoyaki is completely different from the previously manual production, providing with better quality and display. Although it is generally believed that the mechanical arm will only appear in the repeated operation of the factory environment, it can still be particularly eye-catching at some general business circles or night markets, which can prove to be a spotlight for us to quickly attract the public’s attention and gain a renowned reputation.

摘要 ..........i
Abstract ..........ii
誌謝 ..........iii
目錄 ..........iv
表目錄 ..........vi
圖目錄 ..........vii
第一章 緒論 ..........1
1.1 研究背景 ..........1
1.2 研究動機 ..........1
1.3 文獻探討 ..........2
1.4 論文架構 ..........4
第二章 系統架構 ..........5
2.1 硬體系統架構 ..........5
2.2 硬體介紹 ..........5
2.2.1 中央控制器(PC) ..........5
2.2.2 TM5-900 ..........6
2.2.3 HIWIN XEG-32 電動夾爪 ..........8
2.2.4 伺服馬達 ..........8
2.2.5 伺服馬達減速機APEX AD090-P1 ..........9
2.2.6 伺服馬達減速機VGM PG60FL2-35-14-50 ..........10
2.2.7 伺服馬達驅動器 ..........11
2.2.8 直流無刷馬達 ..........12
2.2.9 滾珠螺桿 ..........12
2.2.10 線性滑軌 ..........13
2.2.11 電源系統220V ..........14
2.2.12 電源系統24V ..........14
2.2.13 Arduino UNO SMD R3 ..........15
2.2.14 溫度感測器 LM35 ..........16
2.3 軟體系統架構 ..........16
2.3.1 Microsoft Visual Studio 2013 ..........17
2.3.2 Arduino Software IDE ..........18
第三章 研究內容 ..........19
3.1 機器人系統運動控制原理 ..........19
3.1.1 伺服馬達簡介 ..........19
3.1.2 伺服馬達周邊裝置連接 ..........20
3.2 四軸水平多關節機械手臂設計 ..........21
3.2.1 機械手臂運動分析 ..........21
3.2.2 機構設計 ..........22
3.3 四軸水平多關節機械手臂運動方程式 ..........27
3.3.1 機械手臂逆向運動學 ..........27
3.3.2 機械手臂正向運動學 ..........27
3.4 六軸機械手臂控制 ..........28
3.5 溫度感測器LM35測試 ..........30
3.6 章魚燒製作方法 ..........31
3.5.1 章魚燒材料 ..........31
3.5.2 章魚燒製作 ..........32
3.5.3 料理機器人製作流程規劃 ..........33
第四章 實驗結果與測試 ..........35
4.1 四軸水平多關節機械手臂功能測試 ..........35
4.1.1 升降平台測試： ..........36
4.1.2 旋轉軸測試： ..........36
4.1.3 導入機械手臂運動學測試： ..........36
4.2 六軸機械手臂TM5-900控制測試 ..........37
4.2.1 TM5-900基本動作測試 ..........37
4.2.2 夾取漏斗測試 ..........38
4.2.3 夾取刮板與鋼針測試 ..........38
4.2.4 烤盤滑台移動測試 ..........40
4.3 章魚燒製作 ..........41
4.3.1 料盤傳送測試 ..........41
4.3.2 麵糊倒入烤盤測試 ..........42
4.3.3 章魚燒內餡加入測試 ..........42
4.3.4 麵糊分割測試 ..........43
4.3.5 翻轉動作測試 ..........43
4.3.6 完整製作流程 ..........45
4.3.7 製作成本與成果 ..........50
第五章 結論與未來展望 ..........51
5.1 結論 ..........51
5.2 未來展望 ..........51
參考文獻 ..........52
Extended Abstract ..........55

[1]袁顥庭，2019，AI料理機器人在你家 5星主廚在你家，2020 年 4月 14日摘自
https：//www.chinatimes.com/realtimenews/20190610003101-260410?chdtv
[2]黃鐘山，2020，2020台灣燈會產業讚聲燈區 上銀 Hiwin機器人最受歡迎，2020 年 4月 14日摘自
https：//news.ltn.com.tw/news/Taichung/breakingnews/3103959
[3]Mario Bollini, Stefanie Tellex, Tyler Thompson, Nicholas Roy, and Daniela Rus, ”Interpreting and Executing Recipes with a Cooking Robot”
[4]肇恩，2016，人工智慧走入廚房!從刀削麵到米其林餐點都能為你準備，2020 年 4月 14日摘自
https：//startuplatte.com/2016/12/27/robot-in-your-kitchen/
[5]機器人調酒師 米蘭大教堂旁的高科技酒吧/Makr Shakr&CRA-Carlo Ratti Associati
http：//forgemind.net/media/archives/14349
[6]陳翊煊，2015，米其林大廚家中請，機械手臂烹出 2000 道高級料理，2020 年 4月 14日摘自
https：//buzzorange.com/techorange/2015/11/30/moley-robotics-robot-chef/
[7]Olivia Zaleski，2016，Inside Silicon Valley’s Robot Pizzeria,Olivia Zaleski
https：//www.bloomberg.com/news/articles/2016-06-24/inside-silicon-valley-s-robot-pizzeria
[8]Maura Judkis，2016，A robot named Bruno helped make your pizza. Is it still ‘artisanal’?
https：//www.washingtonpost.com/lifestyle/food/artisanal-pizza-made-by-bruno-the-robot-and-other-true-tales-of-automated-food/2016/10/31/2ba482dc-9a0d-11e6-b3c9-f662adaa0048_story.html
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[11]XEG-32電動夾爪使用手冊，2020 年 04月 15日摘自
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[12]ASDA-A2台達交流伺服驅動器，使用手冊，2020 年 04月 15日摘自
http：//www.shinwe.com.tw/wp-content/uploads/2018/06/ASDA-A2.pdf
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[14]VGM PG60FL2-35-14-50減速機產品型錄，2020 年 07月 17日摘自
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[15]ASDA-A2 CANopen 通訊應用手冊，2020 年 04月 15日摘自
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[18]上銀線性滑軌產品目錄，2020 年 04月 15日摘自
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[19]HIWIN MG Series Miniature Linear Guideway，2020 年 6月 14日摘自
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[20]久鑫開發電機變壓器總匯產品目錄，2020 年 6月 14日摘自
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[23]LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors
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[24]伺服系統產品介紹，2020 年 6月 14日摘自
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[25]Long-Chang Hsieh and Hsin-Sheng Lee，2004，Creative Design Of Wafer Transport Mechanism
[26]Solidworks Simulation 動作的應力分析，2020 年 6月 14日摘自
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[28]劉宗揚，2000，晶圓輸送機械手臂動力學分析、運動控制及軌跡規劃，私立中原大學機械工程學系碩士論文，2020 年 6月 14日摘自
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[31]維基百科-章魚燒，2020 年 6月 24日摘自
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[32]簡單認識油粉混合法及麵粉的糊化現象，2020 年 6月 14日摘自
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[33]為什麼需要協作機器人? 協作有何優勢?，2020 年 6月 24日摘自
https：//reurl.cc/Y1KWna