使用串聯彈性驅動於仿人機器手腕之二維扭矩與阻抗控制

Translated title of the thesis: Two-dimensional Torque and Impedance Control of a Humanoid Robotic Wrist Using Series Elastic Actuation
  • 李 昱鋒

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本文針對一仿人機器手腕設計控制器以提升此腕機構之人機親合性。腕機構具傾俯(Pitch)及偏?(Yaw)兩個自由度,有別於傳統機器人使用旋轉馬達及體積大之傳動機構,腕機構使用線性步進馬達作為致動器,搭配導螺桿放大力量輸出,配合曲柄滑塊機構及5R球面機構,使腕機構的尺寸、重量、運動範圍以及扭矩密度皆與人類手腕相近。將平面彈簧取代腕機構中曲柄滑塊的連桿,作為腕機構之撓性耦桿並利用串聯彈性致動器實現二維撓性驅動。相較於剛性致動器,串聯彈性致動器機械阻抗較小,因此具有良好的反向驅動能力、可儲存能量以及高力量控制準確性等優點,且不需力量感測器即可達到力量回授,故常應用於仿生機構、復健機構,以及服務型機器人等領域。 首先討論步進馬達特性以及控制器硬體性能,探討步進馬達驅動方式並以實驗鑑別馬達參數,接著對腕機構進行運動分析及力量分析,以作為實現腕機構之扭矩與阻抗控制的基礎。腕機構中撓性耦桿之設計為撓性驅動的重要關鍵,針對五直樑平面彈簧進行最佳設計,並透過商用軟體ANSYS進行有限元素分析,得到具抗側向變形之撓性耦桿,並驗證腕機構輸出扭矩與理論值相同。利用撓性驅動針對腕機構設計扭矩控制器,並透過模擬與實驗進行驗證,接著利用扭矩控制器建立腕機構之阻抗控制器並設計實驗進行驗證。本文透過扭矩控制及阻抗控制,期?能提升腕機構與人類或外界環境互動時之親和性,應用於服務型機器人領域。
Date of Award2015 Aug 27
Original languageChinese
SupervisorChao-Chieh Lan (Supervisor)

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使用串聯彈性驅動於仿人機器手腕之二維扭矩與阻抗控制
昱鋒, 李. (Author). 2015 Aug 27

Student thesis: Master's Thesis