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研究生: 李宏光
HUNG-KUANG LEE
論文名稱: 單軸氣動式接觸力調控器之研製
Research and Development of Single Axis Pneumatic Autonomous Force Regulator
指導教授: 林其禹
Chyi-Yeu Lin
口試委員: 林其禹
Chyi-Yeu Lin
林柏廷
Po-Ting Lin
藍振洋
Chen-yang Lan
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: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 89
中文關鍵詞: 自動打磨壓力系統機器手臂之輔助操作獨立線性補償器
外文關鍵詞: Autonomous polishing, Pressure closed loop system, Autonomous robot auxiliary operation, Independent linear compensation
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  • 本研究目的主要在於透過撓性氣壓致動器配合彈簧限制機構以及感測器實現線性方向目標力的調控,運用壓力系統的架設加上邏輯判斷,整合位移感測器給予的形變量監測以及比例閥的即時壓力控制,以各項實驗數值圖整合出最終目標力與時間的關係特性圖實現定量力之控制。
    壓力系統,使用通用性高的固定端以及移動端法蘭配合高線性度的結構,主結構中使用彈簧機構限制氣壓致動器的移動方向,透過線性度的保持使自主式法蘭得以視為一種類線性氣壓缸之控制,氣壓輸入端配合適當的過濾設備實現無雜質干擾達成穩定氣壓輸入之目的,透過電控比例閥行使氣壓大小的控制以及方向控制,實現定位控制之目的。
    控制系統,配合與電腦端連接的比例閥、安裝於兩側法蘭間之位移感測器以及手臂末端之力感測器,主要建立壓力、位移與輸出力之特性關係式,根據壓力與位移、壓力與力,位移與力,三種關係之數學模型進行合併整合計算,規劃出最終末端力的特性方程式,最終配合機械手臂的移動軌跡進行後續的處理。
    為了驗證此壓力系統的精確度,我們實際安裝本裝置至手臂末端進行力調控,利用電腦監測端所得到的各種資訊之誤差回傳,配合機械手臂運作執行幾種狀況的動作,電腦端所給予的補正軌跡做誤差補償的工作。


    The purpose of the research is to accomplish a linear automatically force regulation by the pneumatic actuator and sensors, combined with the pressure control and robot control, use the pressure closed loop system to detect the contact situation to establish three characteristic equation model, through the three characteristic equation model to perform the objective force.
    This pressure closed loop system uses a universal interface flange including a fixed part for connecting robot and a moving part for operating as a piston, combined with a linear structure. Using a spring mechanism to restrain into a single axis motion, by this way the whole system can be considered as a linear cylinder control. Then, with a proper filtration equipment before the input source, a no impurity input pressure can be accomplished. Eventually we can gain a steady pressure output.
    In the control system, we have installed a proportional valve for feedback and a displacement sensor mounted between the two side flange to feedback the deformation in real time. Through the data gained from each sensor, deformation, pressure and force, the three relation curve, we can gain the three characteristic equation model, then after mapping comes with the force equation model. Finally combined with the robot working trajectory to perform a higher accuracy subsequent processing.
    To verify the accuracy of the pressure closed loop system, we control the robot arm for processing. After that, the work piece is fixed with incline. Based on that, the computer performs the trajectory for the robot arm and the ACF will compensate the position and perform a fixed force on the robot to subsequent processing.

    摘要 I Abstract II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2文獻回顧 4 1.3 研究目的 8 1.4 本文架構 9 第二章 主設備構成 10 2.1硬體部分 11 2.1.1 法蘭 11 2.1.2 彈簧機構 12 2.1.3 撓性氣壓致動器 13 2.2 感測器元件 19 2.2.1 位移感測器 19 2.2.2 比例閥 21 2.2.3 力感測器 24 2.3 控制元件 27 2.3.1 開發控制板 27 2.3.2 機械手臂 28 2.4 本體安裝 30 第三章 壓力系統的架構 32 3.1氣壓原理 32 3.2氣壓之控制 33 3.3 波紋管之面積測量方法 34 3.4 穩定氣壓 35 3.5 PWM寬頻控制 37 3.5.1 PWM基本原理 38 3.5.2 PWM訊號 39 第四章 控制系統之構成 40 4-1 線性回歸原理 41 4-2 位移資訊 43 4-3 力資訊 44 4-4 壓力資訊 45 第五章 實驗與討論 47 5.1 實驗(一) 接觸狀態之力調控 47 5.1.1實驗(一) 48 5.1.2實驗(二) 50 5.1.3實驗(三) 52 5.1.4實驗(四) 54 5.1.5實驗(五) 56 5.2 實驗(二)力補償系統穩定性 58 5.3 數據分析 63 第六章 結論與未來展望 64 6.1 結論 64 6.2 系統的優缺點 66 6.3 未來展望 67

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    [30] 線性回歸(Linear Regression)。
    https://medium.com/@chih.sheng.huang821/

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