模仿人類爬梯步態之創新八連桿足型機構最佳設計與多足爬梯機器人設計之研究

Translated title of the thesis: Optimal Design of an Innovative Eight-Bar Legged Walking Mechanism that Mimics Human Foot Trajectory when Climbing Stairs and the Development of a Multi-Legged Stair Climbing Robot
  • 林 孟弦

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本研究提出一組創新的足型爬梯機構之最佳比例，相較於現有爬梯機器多以滾輪型、履帶型或多足獨立控制型機器進行爬梯，有爬梯緩慢、質心起伏大等問題，本研究之足型爬梯機構以Jansen機構為原型，該機構僅需單一動力輸入源即可驅動機構運行，跨距大且質心穩定幾乎無晃動，為穩定快速且節能之足型機構。但Jansen機構僅能行走於平地，該軌跡無法進行爬梯，故本研究之足型爬梯機構以模仿人類爬梯之步態軌跡為目標，利用Freeman chain code取得人類爬梯步態軌跡之關鍵點，並建立機構軌跡點自動對應人類爬梯步態軌跡關鍵點之目標函數，使之逼近人類爬梯步態軌跡，並創新最佳化演算法，適用於多變數但不能同時改變所有變數之最佳化問題，並利用此方法，獲得爬梯Jansen機構之黃金比例，並根據此爬梯機構，設計一台多足型仿生爬梯機器人，利用多體運動學模擬分析機器人模型，並加工實作實體模型進行實驗，最終將最佳化結果、模擬結果、實驗結果進行比較驗證，三者驗證結果符合。本研究之足型爬梯機構具備跨越階梯之能力，可拓展於偵查、救災與軍事方面之應用，將來更可將此具備爬梯?能之機構應用於行動輔具的設計，讓行動不便者與年長者可利用此創新之爬梯輔具，完成上下樓梯的行動。本研究之成果將可對行動不便者提供極大的助益，對目前高齡化的國家社會影響層面極大，深具研發意義與市場經濟價值。
Date of Award2016 Aug 24
Original languageChinese
SupervisorChih-Hsing Liu (Supervisor)

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