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研究生: 呂易達
Yi-Da Lyu
論文名稱: 七軸機器人反位移分析之研究
A Study on the Inverse Kinematics of 7-DOF Manipulators
指導教授: 蔡高岳
Kao-Yueh Tsai
口試委員: 王勵群
Li-Chun T. Wang
鐘文遠
Wen-Yeuan Chung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 89
中文關鍵詞: 多餘軸串聯機器人反位移分析
外文關鍵詞: redundant, serial manipulators, inverse kinematics
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  • 多餘軸機器人,以運動學之觀點來說,此機器人具有多餘的自由度去完成某特定任務。多餘的自由度可用來改善機器人運動學與動力學之特性,如增加靈活性、避開障礙、迴避奇異構形,以及優化各軸之速度、加速度、力矩、能量等,但在優化過程中經常使用數值方法搜尋最佳解,故搜索過程頗為費時,因此很難直接應用於機器人之即時控制,本文提出以解二次多項式從事七軸機器人反位移分析之方法。文中首先簡化六軸機器人反位移分析之過程,並說明如何將其延伸到一些具有特殊連桿參數之七軸機器人。文中並討論如何迅速判斷與奇異構形接近的方法,所提出之方法可迅速得到能避開奇異點之反位移解,因此可應用於多餘軸機器人之即時控制之上。


    Redundant manipulators have extra degree-of-freedoms to execute some special tasks. For redundant manipulators, numerical or optimization methods are commonly used to optimize kinematic or dynamic properties. It takes time to obtain optimum solutions, so the methods cannot be directly employed on the trajectory planning for the on-line control of manipulators. This thesis proposes methods to solve the inverse kinematics of serial redundant manipulators. The solutions can be easily obtained by solving quadratics. Simplified methods to find the inverse kinematic solutions of 6-DOF manipulators are first summarized and then employed in the inverse kinematics of redundant manipulators. How to develop solutions to stay away from singularities is also investigated. The proposed methods can be utilized for the on-line control of manipulators.

    中文摘要…………………………………………………………I 英文摘要…………………………………………………………II 致謝………………………………………………………………III 目錄………………………………………………………………IV 圖表目錄…………………………………………………………VIII 第一章 緒論……………………………………………………1 1.1 研究動機………………………………………………………1 1.2 文獻回顧………………………………………………………2 1.3 本文架構………………………………………………………5 第二章 理論基礎………………………………………………6 2.1 連桿參數定義…………………………………………………6 2.1.1 齊次轉換矩陣………………………………………………7 2.2 六軸串聯機器人反位移分析…………………………………7 2.2.1 六軸串聯機器人之構形數…………………………………11 2.2.2 特殊連桿參數之基本構形…………………………………11 2.3 機器人之賈式矩陣……………………………………………11 2.3.1 多餘軸賈氏矩陣行列式值…………………………………13 第三章 六軸串連機器人………………………………………14 3.1 應用連桿參數修正求解反位移分析…………………………14 3.2 賈氏矩陣行列式值求解方程式………………………………18 3.3 各類末三軸交於一點之六軸機器人反位移分析……………20 3.3.1 機器人之前三軸為RRR………………………………………22 3.3.2 機器人之前三軸為PRR………………………………………23 3.3.3 機器人之前三軸為RPR………………………………………24 3.3.4 機器人之前三軸為RRP………………………………………26 3.3.5 機器人之前三軸為PPR………………………………………28 3.3.6 機器人之前三軸為PRP………………………………………31 3.3.7 機器人之前三軸為RPP………………………………………32 3.3.8 機器人之前三軸為PPP………………………………………33 3.4 賈氏矩陣行列式值公式化簡…………………………………35 3.5 特殊六軸機器人彙表…………………………………………36 3.6 特殊六軸機器人反位移分析數值範例………………………51 第四章 多餘軸機器人…………………………………………55 4.1 一種七軸串聯機器人之建立…………………………………55 4.2 特殊多餘軸機器人反位移分析………………………………56 4.2.1 多餘軸在末端之反位移分析………………………………56 4.2.2 多餘軸在首端之反位移分析………………………………56 4.2.3 多餘軸非首末兩軸之反位移分析…………………………57 4.3 多餘軸之賈氏矩陣行列式值…………………………………59 4.3.1 整體多餘軸機器人之賈氏矩陣行列式值…………………59 4.3.2 不含多餘軸之六軸機器人賈氏矩陣行列式值……………60 4.4 避開串聯機器人之奇異點……………………………………60 4.4.1 調整最末軸避開奇異點……………………………………60 4.4.2 調整第一軸避開奇異點……………………………………61 4.4.3 指定軸之擴展………………………………………………62 4.5 數值範例介紹…………………………………………………64 4.5.1 特定PRRRRR末端加一指定平移軸…………………………64 4.5.2 特定PRPRRR首端加一指定旋轉軸…………………………67 4.5.3 特定RPRRRR首末均加指定平移與旋轉軸…………………69 4.6 描繪機器人構形………………………………………………73 4.6.1 範例4.5.1反位移分析之圖示說明………………………73 4.6.2 範例4.5.2反位移分析之圖示說明………………………80 4.6.3 範例4.5.3反位移分析之圖示說明………………………82 第五章 結論與未來研究………………………………………84 參考文獻……………………………………………………………86 附錄A………………………………………………………………88 作者簡介……………………………………………………………89

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