發展一撓性仿人腕驅動器於親和人機互動

Translated title of the thesis: Development of a Compliant Humanoid Wrist Actuator for Human-Friendly Interaction
  • 朱 証裕

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本文發展一撓性仿人腕驅動器,設計目標除了有外形仿人與兩軸角位移範圍仿人等常見仿人目標,還加上總質量與體積仿人、兩軸角速度與扭矩仿人,以及串聯彈性致動。多項仿人目標使仿人腕驅動器不只能作出近於人類手腕的動作,還能執行負載較高,但仍為人類手腕作得來的工作。 腕驅動器質量仿人時,不會因重量過重,而占去太多的肩與肘驅動器負載。結合勁度已知的撓性元件與位移感測器,可感測腕驅動器的力量與位移;結合位移與力量分析,可控制腕驅動器的姿態與輸出扭矩;串聯撓性元件與致動器,可實現串聯彈性致動,以提供高準度的力量控制,確保腕驅動器與人類互動的親和性。 本設計由三個連桿機構組成,透過兩組含有致動器的撓性機構,將兩方向運動與力量傳遞至兩自由度球面並聯機構,再由球面機構的端效器輸出兩軸角位移與扭矩。連桿機構較容易輕量化;致動器遠離狹小的手腕空間而位於設計空間較大的前臂,故可採用尺寸較大(同時力量也較大)的規格;位於手腕空間的球面機構則因設計空間內無致動器,而可採用較厚實的桿件設計(同時提高強度)。所以本設計可在外形仿人與零件有足夠強度的同時,還能有仿人的輸出扭矩與機構重量,而後兩者為常見的關節驅動器難以同時達成之目標。 本設計不但適合在人類的日常生活環境中,執行人類手腕作得到的工作,或與人類互動。由於本設計額外具有質心位置仿人、轉動慣量與致動形式仿人之特性。因此,本撓性腕驅動器若用於仿人機械臂,其靜態與動態表現也相當接近人類手腕與前臂。 為了瞭解腕驅動器性能,並與人體數據比較、改善或選用較佳的機構設計方案、提供參考於姿態與力量控制,及確保撓性腕驅動器在高負荷下仍有足夠強度。本文對腕驅動器進行位移、速度、力量、撓性元件挫曲、端效器旋轉勁度、接頭力以及桿件應力分析,並加工出數個腕驅動器實體進行實驗與控制,期望本撓性腕驅動器能真正應用於相關領域中。
Date of Award2015 Jan 28
Original languageChinese
SupervisorChao-Chieh Lan (Supervisor)

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發展一撓性仿人腕驅動器於親和人機互動
証裕, 朱. (Author). 2015 Jan 28

Student thesis: Master's Thesis