簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林永澤
Yung-tse Lin
論文名稱: 創新型水下清潔機器人之研發
Development of Innovative Underwater Cleaning Robot
指導教授: 鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
口試委員: 郭振華
none
林紀穎
Chi-Ying Lin
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 107
中文關鍵詞: 機器人水下清潔快速原型快速模具感測器
外文關鍵詞: Robot, Underwater cleaning, Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Sensor
相關次數: 點閱:288下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 現今,水下玻璃帷幕或大型魚缸主要由人工的方式來進行清潔,而現行的水下清潔機器人,採對稱結構,因此需要數顆馬達和複雜的控制系統使機器人直線移動。本研究中將創新的三角架構概念應用在水下清潔機器人,進而達到平面的清潔,亦可符合低成本低耗能之訴求。
    三角外型機器人有三個曲線外殼,清潔圓柱則裝在三個角上。每面殼上各裝置一顆直流馬達,而機器人中央裝置一顆馬達負責Z軸方向的移動。當其中兩個角接觸到平面後,僅需一顆馬達即能使機器人同時貼著牆面並前進。其兩角上的清潔圓柱與牆面所產生的摩擦力將可提高該面積的清潔效果,當機器人到達水槽角落時,由應變計所製成的感測器將啟動另一顆馬達,使機器人為下一道牆面之清潔而轉向。在完成每一道牆面清潔之後,Z軸的馬達可將機器人調整到不同的高度做進一步的清潔。藉由簡單且經濟的達靈頓積體電路與繼電器來控制馬達,而控制系統可分為自動與手動。機器人整體尺寸為270×250×120 mm,並使用OBJET EDEN 330 快速原型機系統與快速模具製作原型零件。經由水下的測試,機器人可成功地逐一清潔各道牆面並移動到下一個垂直位置進行下一層的清潔。


    Nowadays underwater cleaning of glass walls of the underwater exhibition or large fish tanks is mainly done by manual work. The existing underwater cleaning robots, with symmetrical structures, need several motors and complicated control systems to make them moving in a straight line. In this research, an innovative triangular-frame concept was adopted to design the underwater cleaning robot in order to clean flat wall and to meet low cost and low energy consumption purposes.
    The triangular robot had three curved shell and cleaning cylinders at the corners. Each shell had a DC motor attached to it, and one motor was placed in the center for Z-axis movement. With this structure, when two corners contact the flat glass wall, only one motor was needed to move the robot along the wall and push the robot toward the wall at the same time. The friction between the wall and the cleaning cylinders at two corners could improve the cleaning effect in the wiped area. When the robot reached the tank corner, the sensor made with strain gauge would activate the other motor to turn the robot for the next wall cleaning. After finishing each wall, the Z-axis motor can adjust the robot to different height for further cleaning. Simple and economical Darlington IC and relay were utilized to control motors. The system was designed to be controlled automatically or manually. The overall size of the robot is 270x250x120mm. Prototype components were manufactured by OBJET EDEN 330 Rapid Prototype system and rapid tooling approach. The underwater tests showed that the robot could successfully clean the walls one by one and move to the next vertical position for next-layer cleaning.

    目錄 ________________________________________ 摘要I AbstractII 致謝III 目錄IV 圖目錄VIII 表目錄XIV 第一章 緒論1 1.1研究背景1 1.2研究動機2 1.3研究目的3 1.4研究方法4 1.5論文架構5 第二章 文獻探討7 2.1水下機器人與清潔機器人之發展現況7 2.1.1 Kraken7 2.1.2水下清刷機器人8 2.1.3 Window Cleaning Robot9 2.1.4 Autonomous Cleaning Robots10 2.1.5 Floor-Cleaning Mobile Robot11 2.1.6 AquaBox II12 2.1.7 Electric Ring Propeller13 2.1.8 Carp Robot14 2.1.9 NON-ASSEMBLY MECHANISMS15 2.1.10 Autonomous Cleaning Robot: Roboking16 2.2本實驗室水下載具之研究近況18 2.2.12005年沈毓珊-微小水下載具之製作18 2.2.22006年賴佳宏-微小潛艇之設計與製作19 2.2.32007年張瑞東-具觀測能力的無線遙控微小水下載具之研發…………………………………………………………………..20 2.2.42008年莊文鴻-微小型水下機器人之研發21 第三章 創新清潔架構之規畫23 3.1 創新清潔規劃23 3.2清潔架構材料25 3.3感測器之引發27 3.3.1 應變計感測器之製作27 3.3.2PI(Polyimide) 聚醯亞胺材料簡介29 3.4系統規劃30 第四章 馬達控制與驅動模組之電路設計及製作32 4.1直流馬達驅動32 4.1.1直流馬達之選用32 4.1.2直流馬達正反轉驅動型式32 4.1.3應變計簡介34 4.1.4OP放大器電路38 4.1.5達靈頓積體電路介紹200341 4.1.6繼電器介紹43 4.2使用之單晶片介紹45 4.3.1程式語言49 4.3.2 MPLAB C18程式編譯器49 4.3.3應用程式撰寫50 4.3.4 燒錄工具50 4.3.5 燒路電路52 4.4電路系統規畫55 4.5電路模組製作59 第五章 外型與螺旋槳系統設計63 5.1機器人外型之設計與製作63 5.2螺旋槳之選用68 5.2.1螺旋槳之裝置69 5.3行星齒輪組減速機設計71 5.4殼體設計組裝73 第六章 原型系統組裝整合與水下測試78 6.1 OBJET EDEN 330 快速原型系統78 6.2快速原型件成品81 6.4馬達電路與原型各殼件之組裝91 6.5水下實驗與測試97 6.5.1推力測試97 第七章 結論與未來方向105 7.1結論105 7.2未來方向106 附錄111 單晶片功能介紹111 原型製作流程119 電阻式應變計之原理與產品資訊122

    參考文獻
    【1】A. Rincón-Suárez, M. Rubín-Falfán, E. Sánchez-Sánchez, G. Trinidad-García H. Juárez, E. Rosendo, T. Díaz, G. García SalgadoFacultad de Ciencias de la Computación,“Design and Construction of an Autonomous Cleaner Robot, for an aquatic Environment”, Electronics, Robotics and Automotive Mechanics Conference, 2007.
    【2】哈爾濱工程大學國家大學科技園/成果推介,
    http://www.heusp.com/rc-show.asp?id=143
    【3】Tohru Miyake, Hidenori Ishihara, Ryu Shoji and Shunichi Yoshida,”Development of Small-Size Window Cleaning Robot-A traveling direction control on Vertical surface Using accelerometer” Mechatronics and Automation, Proceedings of the 2006 IEEE.
    【4】Sungsoo Rhim, Jae-Chang Ryu, Kwang-Ho Park, Soon-Geul Lee,” Performance Evaluation Criteria for Autonomous Cleaning Robots”, Proceedings of the 2007 IEEE International Symposium on Computational Intelligence in Robotics and Automation Jacksonville, FL, USA, June 20-23, 2007.
    【5】Jordi Palacín, Member, IEEE, José Antonio Salse, Ignasi Valgañón, and Xavi Clua,” Building a Mobile Robot for a Floor-Cleaning Operation in Domestic Environments”, Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on .
    【6】Satomi Ohata, Kazuo Ishii a, Hiroshi Sakai ,Toshinari Tanaka , Tamaki Ura,” An autonomous underwater vehicle for observation of underwater structure”, International Congress Series 1291 (2006) 277– 280.
    【7】Gregory C. Kennedy and John K. Holt,” DEVELOPING A HIGH EFFICIENCY MEANS OF PROPULSION FOR UNDERWATER VEHICLES” Southcon/95. Conference Record.
    【8】Tetsuo Ichikizaki ,Ikuo Yamamoto,“Development of Robotic Fish with Various Swimming Functions” International Symposium on Underwater Technology, UT 2007 - International Workshop on Scientific Use of Submarine Cables and Related Technologies 2007 Pages 378-383.
    【9】Kathryn J. De Laurentis, Fung Felix Kong and Constantinos Mavroidis,” PROCEDURE FOR RAPID FABRICATION OF NON-ASSEMBLY MECHANISMS WITH EMBEDDED COMPONENTS”ASME 2002 Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference Montreal, Canada, September 29-October 2, 2002.
    【10】Sewan Kim “Autonomous cleaning robot: Roboking system integration and overview”, Robotics and Automation, 2004. Proceedings. ICRA '04. 2004 IEEE International Conference on.
    【11】沈毓珊,“微小水下載具之製作,” 臺灣科技大學機械工程研究所碩士論文, 2005 年。
    【12】賴佳宏,“微小潛艇之設計與製作,” 臺灣科技大學機械工程研究所碩士論文, 2006 年。
    【13】張瑞東,“具觀測能力的無線遙控微小水下載具之研發,” 臺灣科技大學機械工程研究所碩士論文, 2007 年。
    【14】莊文鴻,”微小型水下清潔機器人之研發,”台灣科技大學機械工程研究所碩士論文,2008 年。
    【15】林書宏, ”高分子光波導之製作與特性量測,” 國立中山大學” 光電工程研究所碩士論文,2003年。
    【16】廣營電子有限公司http://www.gws.com.tw/chinese/product/MOTOR/motor.htm
    【17】惠達科技股份有限公司
    http://www.fedtec.com.tw/sensor/strain.htm
    【18】吳定中、韓闕,”微電子電路” 波斯納出版社,2005年。
    【19】吳顯堂,”OP放大器之寬頻帶電路設計”全華科技圖書股份有限公司,民國76年。
    【20】HITACHI, “HA17358 Datasheet” .
    【21】蔡朝洋,”電子學實驗”全華科技圖書股份有限公司,1999年。
    【22】Allegromicro,” ULN2003 Datasheet”.
    【23】葉振明,”電子電路-控制與應用”全華圖書股份有限公司,2007年。
    【24】RAYEX ELEC.,”LU Datasheet”.
    【25】曾百由,”微處理器原理與應用 C語言與PIC18微控制器,”五南圖書出版股份有限公司,2006年。
    【26】Microchip,”PIC18F2520 datasheet”.
    【27】丁錫鏞,”船舶螺槳理論與實務”聯經出版事業公司,民國72年。
    【28】須藤敏男著,張兆豐譯,“齒輪減速機之設計製圖”,臺隆書店,民國71年。
    【29】通業技研股份有限公司/RP/RT 快速原型及模具/OBJET RP 快
    速成型機,http://www.git.com.tw/rp01.htm
    【30】郭雲龍,”工程量測”全華科技圖書股份有限公司,1986年。
    【31】孫元平, ”微奈米量測技術與傳統ASTM量測方法在材料機械性質之比較研究,” 國立台灣科技大學” 機械工程系碩士論文,2004年。

    無法下載圖示 全文公開日期 2015/07/26 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
    QR CODE