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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 電機工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/55346
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor張帆人
dc.contributor.authorZhao-Qing Huen
dc.contributor.author胡兆慶zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-16T03:57:45Z-
dc.date.available2016-02-04
dc.date.copyright2015-02-04
dc.date.issued2014
dc.date.submitted2014-12-02
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/55346-
dc.description.abstract描述三維空間中剛性物體的位移(Displacement),通常是以該物體之質量中心的「點」作為基礎。依據這個點的位移,來理解剛體是如何改變位置。規劃物體位移的路徑,即承接著「點」的精神,巳經成熟地發展出相當多演算法,以達成平滑位移的目的。
然而,三維空間中剛性物體的姿態(Pose),因為涉及轉動,故不像位移那般單純。因為姿態的本質涉及座標的旋轉,無法直觀地承接「點」的概念進行分析。
本文中我們以單位四元數(Unit quaternion)詮釋物體姿態。單位四元數在經過對數映射,可以成為三維的向量。在這個三維向量上,我們發展出姿態圖,使得與物體位移相關之發展成熟的平滑軌跡規劃,亦能實現於姿態的平滑軌跡規劃上。
本文將研究應用於生活中常見的二軸機構(Two-axis mechanism)姿態規劃上。在這個基本型式的姿態機構,探討諸如平滑軌跡、避障,以及短路徑軌跡等議題。
zh_TW
dc.description.abstractTo describe the displacement of a rigid body in 3-dimensional space , the “point” associated to the center of the mass of the rigid body is considered. The displacement of this point will represent the displacement of the rigid body. There are many matured algorithms have been developed to obtain a smoothed translation trajectory.
To describe the pose of a rigid body , on the other hand , is much more complicated compared to that of the displacement. Since the rotation of the coordinate frame is involved , the concept of “point” only is not enough , to deal with the rotational operations.
We use the unit quaternion to describe the pose of a rigid body. By using the mapping of the log function , the unit quaternion can be transformed to a 3-dimensional vector. The map of pose , which is based on the transformed 3-dimensional vector , is proposed in this thesis. The matured algorithm of smoothed displacement trajectory planning then can be applied to the pose map. Finally , the smoothed pose trajectory is obtained via the mapping of exponential function.
The pose trajectory planning of the popular two-axis mechanism in our daily life is investigated. The smoothed trajectory , the obstacle avoiding , and the short route are demonstrated in our work.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-16T03:57:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2014
en
dc.description.tableofcontents口委審定書 i
誌謝 ii
中文摘要 iii
英文摘要 iv
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 姿態規劃與運動學 1
1.1.2 二軸方位機構 2
1.1.3 小結 5
1.2 章節介紹 6
第二章 背景知識 7
2.1 四元數 7
2.1.1 四元數的定義 8
2.1.2 四元數的旋轉定理 11
2.1.3 四元數的指對數 14
2.1.4 四元數對其指數的微分 15
2.2 B樣條 18
2.2.1 B樣條定義 18
2.2.2 分段式B樣條 19
2.2.3 最佳化分段式B樣條 24
第三章 二軸方位機構之平滑姿態軌跡 26
3.1 二軸方位機構之四元數姿態 26
3.1.1 物體的姿態定義 26
3.1.2 旋轉與座標轉換的關係 29
3.1.3 姿態的多軸連續旋轉表示法 31
3.1.4 方位障礙物表示法 37
3.2 二軸方位機構的姿態圖 39
3.2.1 四元數與其指數的轉換 40
3.2.2 二軸方位機構的姿態圖 42
3.2.3 姿態規劃投影面 48
3.2.4 無障礙B樣條平滑姿態軌跡 51
3.2.5 有障礙B樣條平滑姿態軌跡 54
3.3 雅可比轉置法反向運動學求解 57
3.3.1 雅可比矩陣 59
3.3.2 遞迴求解反向運動學:雅可比轉置矩陣法 62
3.4 第一軸角度短路徑之姿態圖考量 63
3.4.1 第一軸角度規劃之短路徑分析 65
3.4.2 姿態圖修正 68
3.4.3 第一軸角度短路徑之判斷原則 73
3.5 二軸方位機構之平滑姿態軌跡規劃流程 75
第四章 模擬實驗 76
4.1 實驗(一):姿態圖法應用於避障之軌跡規劃 76
4.2 實驗(二):第一軸角度之短路徑規劃 82
第五章 結論與未來工作 87
5.1 結論 87
5.2 未來工作 88
附錄 89
參 考 文 獻 91
dc.language.isozh-TW
dc.subject剛性物體zh_TW
dc.subject姿態zh_TW
dc.subject單位四元數zh_TW
dc.subject平滑軌跡zh_TW
dc.subject避障zh_TW
dc.subject二軸機構zh_TW
dc.subjectRigid bodyen
dc.subjectPoseen
dc.subjectUnit Quaternionen
dc.subjectsmooth trajectoryen
dc.subjectobstacle avoidingen
dc.subjectTwo-axis mechanismen
dc.title四元數方法應用於二軸機構之姿態規劃zh_TW
dc.titleQuaternion Approach for Pose Planning of Two-Axis Mechanismen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear103-1
dc.description.degree碩士
dc.contributor.coadvisor姜義德
dc.contributor.oralexamcommittee林君明,蔡樸生,卓大靖
dc.subject.keyword剛性物體,姿態,單位四元數,平滑軌跡,避障,二軸機構,zh_TW
dc.subject.keywordRigid body,Pose,Unit Quaternion,smooth trajectory,obstacle avoiding,Two-axis mechanism,en
dc.relation.page92
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2014-12-02
dc.contributor.author-college電機資訊學院zh_TW
dc.contributor.author-dept電機工程學研究所zh_TW
顯示於系所單位:電機工程學系

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