臺灣博碩士論文加值系統

目前業界上的機械手臂一般還是需要於伺服馬達上裝設一減速機來增加扭矩，並利用驅動器使伺服馬達運轉，造成其本身重量及體積較為龐大。本論文為了解決此問題，以高集成性伺服馬達為主軸，其內部已具備行星減速齒輪、驅動器和編碼器等，設計一新形態的機械手臂。
本研究為了使機械手臂的設計得以實現，在設計完連桿機構後透過靜力學分析確保選取的伺服馬達之額定扭矩能夠承受連桿及預設負載的重量，再透過應力分析確認連桿承受的應力不會造成彎曲變形，接著加工並組裝成機械手臂。透過順向與逆向運動學、4-3-4軌跡規劃控制其末端點的運動軌跡。經過機械手臂重複精度實驗後，得出機械手臂之再現性高，本論文設計之機械手臂其重量相較於相同級別的機械手臂輕10公斤以上，體積也更小。

In general, the robot arm in the industry needs to install reducers on the servo motors for torque increasing, and use the driver to run the servo motors. As a result, the weight and volume of servo motors will be increased. In order to solve this problem, this thesis makes use of highly integrated servo motors as the main shaft, which already has a planetary gears, driver, encoder, etc., to design a innovative form of robot arm.
In this thesis, in order to realize the design of the robot arm after connecting rods, the static analysis ensures that the rated torque of the selected servo motor can bear the weight of the preset load, and then the stress analysis confirms the connecting rod bears The stress will not cause bending deformation, then process and assemble into a robot arm. Through forward and inverse kinematics, 4-3-4 polynomial trajectory to control the trajectory of its end point. After the robot arm is completed the positioning precision experiment, it is concluded that the robot arm has high reproducibility. The weight of the robot arm designed in this thesis is lighter than 10 kg lighter than that of the robot arm at same level, and the volume is smaller too.

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文架構 2
第2章 機械手臂馬達之問題探討 4
2.1 馬達之問題探討 4
2.2 高集成性伺服馬達 7
第3章 機械手臂機構設計與製作 10
3.1 機械手臂預期性能設定 11
3.2 自由度(DEGREE OF FREEDOM)設計 13
3.3 馬達選用 15
3.3.1 減速機介紹 18
3.3.2 軸承介紹 20
3.4 機械手臂機構設計 24
3.4.1 關節機構設計 25
3.4.2 連桿機構設計 28
3.4.3 機械手臂關節扭矩分析 35
3.4.4 機械手臂連桿應力分析 41
第4章 機械手臂運動學 44
4.1 運動學 44
4.2 D-H(DENAVIT-HARTENBERG)表示法 45
4.3 機械手臂之順向運動學(FORWARD KINEMATICS) 49
4.4 機械手臂之逆向運動學(INVERSE KINEMATICS) 52
第5章 軌跡規劃 57
5.1 4-3-4軌跡規劃(4-3-4 POLYNOMIAL TRAJECTORY) 57
第6章 控制系統與架構 65
6.1 CAN BUS(控制器區域網路) 66
6.1.1 傳送封包 68
6.1.2 封包解析 69
6.2 機械手臂整體架構 70
6.3 機械手臂系統控制流程 71
第7章 實驗設計與結果分析 73
7.1 重複精度實驗 73
7.1.1 實驗設備 73
7.1.2 實驗設計 74
7.1.3 實驗結果 76
7.1.4 實驗小結 84
第8章 結論與未來展望 85
8.1 結論 85
8.2 未來展望 86
參考文獻 87

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