臺灣博碩士論文加值系統

隨著機器人技術的增長，各行業都逐漸出現機器人的蹤跡以望取代人力，目前製造業提出的工業5.0，提倡協作型機械手臂，透過人與機械手臂的合作來完成組裝的任務。近年來，業界為了加速協作型機器人的普及，致力於降低操作門檻，出現結合AR技術發展隔空教導的技術，另一方面日本也在2018年提出使用VR遠程存在的概念，使用VR的方式打造更易操控，與更安全的操控方式。本論文將結合VR與協作行機械手臂的概念，透過使用VR進行更快速地編程與路徑規劃。
本論文將會使用兩隻協作型六軸機械手臂與VR執行椅子與萬向軸的組裝任務，將由三個部分進行實現，一是提供互動環境以及發送控制訊號的虛擬實境，接著是接收虛擬實境的控制訊號並將其轉化的機器人控制系統，最後則是將命令傳送給機械手臂。在本研究中，虛擬實境由Unity遊戲引擎進行建置，包含機械手臂、工作平面、電動夾具與零組件，硬體部分則是使用Meta Oculucs Quest 2的VR裝置、上銀XEG-32電動夾爪、電動起子與達明協作型六軸機械手臂TM5-900。
本論文的系統，建立了機械手臂控制端的伺服器，讓使用者在開發階段遠離機械手臂，遠距操控以確保使用者的安全；建立了VR空間內部的虛擬手臂與工作空間，讓使用者能夠透過VR頭盔獲得3D立體視覺的數位化工作站，讓使用者能夠更快速、更直觀的對機械手臂進行動作規劃與設計。最終使用者便可將設計動作進行微調、紀錄與輸出，並交給產線上的機械手臂來驗證與完成任務。

With the growth of robot technology, robot trails are gradually appearing in all industries in the hope of replacing human labor, and the current Industrial 5.0 proposed by the manufacturing industry advocates collaborative robotic arms to complete the task of assembly through the cooperation of human and robotic arms. In recent years, in order to accelerate the popularity of collaborative robots, the industry is committed to lowering the threshold of operation and developing the technology of teaching from a distance by combining AR technology, on the other hand, Japan also proposed the concept of using VR remote presence in 2018, using VR to create easier and safer control. This paper will combine the concept of VR and collaborative robotic arm to make faster programming and path planning through the use of VR.
This paper will use two collaborative six-axis robotic arms with VR to perform chair and gimbal assembly tasks, which will be realized in three parts: a virtual reality that provides an interactive environment and sends control signals, a robot control system that receives and transforms control signals from the virtual reality, and finally, a robot control system that sends commands to the robotic arms. In this study, the virtual reality is built by Unity game engine, including robotic arm, work plane, electric clamps and parts, while the hardware part uses Meta Oculucs Quest 2 VR device, SSE XEG-32 electric clamps, electric drivers and Damien collaborative 6-axis robotic arm TM5-900.
The system in this thesis establishes a server for the robot arm console, which allows the user to stay away from the robot arm during the development stage and control the robot arm from a distance to ensure the safety of the user. planning and design. The user can then fine-tune, record and export the design movements to the robotic arm on the production line to verify and complete the task.

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 研究範圍與限制.....................2
1.4 文獻探討.....................2
1.4.1. 虛擬實境.....................2
1.4.2. VR裝置追蹤技術.....................3
1.4.3. VR與機械手臂.....................4
1.5 論文架構.....................7
第二章 系統架構.....................8
2.1 硬體系統架構.....................8
2.2 硬體系統硬體介紹.....................9
2.2.1. VR裝置.....................9
2.2.2. TM5-900機械手臂.....................9
2.2.3. XEG-32電動夾爪.....................11
2.2.4. BOSCH GO 充電式電動起子機.....................11
2.2.5. 攝影機.....................12
2.2.6. 3D列印機台.....................12
2.3 軟體系統介紹.....................13
2.3.1 虛擬世界.....................14
2.3.2 Unity Engine[25].....................14
2.3.3 3D建模軟體 Onshape[24].....................14
2.3.4 VR相關協定與應用程式.....................15
2.3.5 通訊技術(Socket 網路插座).....................15
2.3.6 畫面映射軟體(OVR Toolkit)[31].....................16
2.3.7 機器手臂控制系統.....................16
第三章 研究方法.....................18
3.1 機器手臂作業平台.....................18
3.2 機器手臂電控箱設定.....................18
3.3 組裝件設計.....................19
3.3.1. 夾具設計.....................19
3.3.2. 玩具椅子的設計.....................20
3.3.3. 萬向軸的設計.....................22
3.4 VR場景的建立.....................24
3.4.1. 插件導入.....................24
3.4.2. 模型導入.....................25
3.4.3. 設定模型屬性.....................25
3.4.4. 手臂旋轉按鈕設定.....................29
3.4.5. 機械手臂指令設定.....................29
3.4.6. VR空間定位與辨別系統.....................30
3.5 機器手臂控制系統.....................30
3.5.1. 機器手臂控制模塊.....................31
3.5.2. 夾爪控制模塊.....................31
3.5.3. 通訊模塊.....................32
3.5.4. 座標轉換.....................32
3.5.5. 座標儲存介面.....................33
3.5.6. 影像辨識系統.....................34
第四章 實驗成果與測試.....................35
4.1 裝置連線.....................35
4.1.1. VR裝置與客戶端電腦連線.....................35
4.1.2. VR與控制系統的連線.....................36
4.1.3. 控制系統與機械手臂控制箱的連線.....................36
4.2 組裝任務.....................37
4.2.1. 玩具椅子的組裝.....................37
4.2.2. 萬向軸的組裝.....................39
第五章 結論與未來展望.....................45
5.1 結論.....................45
5.2 未來展望.....................45
5.2.1. 安全系統.....................45
5.2.2. 3D攝影機.....................45
5.2.3. UI介面.....................45
參考文獻.....................46
Extended Abstract.....................49

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[24]Onshape，2022年06月18日摘自https://www.onshape.com/en/
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[31]Curtis English，2019，OVR Toolkit，steam，2022年06月18日摘自https://store.steampowered.com/app/1068820/OVR_Toolkit/
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https://reurl.cc/a9drZZ
[35]Unity Arm Robot Inverse Kinematics -analytical approach，meuse robotics，2022年06月18日摘自https://meuse.co.jp/?p=2732