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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 江茂雄 | |
| dc.contributor.author | Guan-You Lin | en |
| dc.contributor.author | 林冠佑 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-06-08T07:13:42Z | - |
| dc.date.copyright | 2008-08-04 | |
| dc.date.issued | 2008 | |
| dc.date.submitted | 2008-07-29 | |
| dc.identifier.citation | [1]劉淵銘, “奈米精度氣壓-壓電混合驅動之XY-Z三軸長行程定位系統設計與適應性滑動控制” ,國立台灣科技大學自動化及控制研究所碩士論文,2007.
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| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/26525 | - |
| dc.description.abstract | 本文旨在研究新型致動器–氣壓肌肉致動器以及其在氣壓伺服系統上的應用，為了解單軸氣壓肌肉致動器的特性，首先設計單軸氣壓肌肉致動器的實驗系統，進行位置軌跡定位及軌跡追蹤的模擬及實驗。再進一步，建立以雙氣壓肌肉致動器驅動的機械臂實驗系統，採用兩根氣壓肌肉致動器，構成一個轉動關節，經由一個收縮，另一個伸長所產生的長度變化及收縮力變化，使機械臂的關節轉動，做進一步角度定位及軌跡追蹤的模擬及實驗。
本文針對兩系統的數學模型進行降階簡化，使兩系統為一三階非線性時變系統，且滿足匹配條件。在控制器的部份，本文引用以函數近似法為基礎之適應性滑動模式結合 控制之軌跡控制器，採用函數近似法近似系統數學模型可克服系統之高度不確定性及時變問題。為避免點對點控制易產生超越量，造成系統振盪影響穩態時間，本文以軌跡定位的方式進行定位控制，同時兼顧暫態及穩態特性。 本文首先以電腦動態模擬驗證其可行性，最終以實驗實現，包含單軸氣壓肌肉致動器系統位置定位及軌跡追蹤控制，雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂系統角度定位及軌跡追蹤控制。實驗證實單軸氣壓肌肉致動器系統在收縮時可成功定位到 0.18微米，伸長時為0.35微米，在雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂伺服系統方面，角度可成功定位到0.2度，且皆可達到良好的軌跡追蹤效果。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | The paper aims to develop a novel pneumatic robot system driven by Pneumatic Muscle Actuators (PMA). In order to analyze the characteristics of the PMA, non-linear modeling, dynamic simulation and experiments of path tracking control and path-positioning control are implemented for the single PMA firstly. Then, the dual-PMA robot arm is also implemented for the rotational angle control in simulation and experiment where the rotational axis is driven by two PMAs, i.e. one is in extension and the other is in contraction.
To realize the rotational angle control, Fourier series-based adaptive sliding mode controller with tracking performance is used to control the PMAs through the pressure control servo valves. For ensuring the smooth motion, the path-position control is realized to keep both the transient and steady state response. The simulation and experiment of the path-positioning control, including the single-axis pneumatic muscle actuator and the dual-PMA robot arm are performed and show that the system can achieve high positioning accuracy and excellent tracking performance. | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-08T07:13:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-97-R95525016-1.pdf: 1688527 bytes, checksum: 3505196503532872c3c5b055a49a299b (MD5) Previous issue date: 2008 | en |
| dc.description.tableofcontents | 中文摘要 I
英文摘要 III 目錄 V 圖目錄 VII 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 氣壓肌肉致動器之文獻回顧 2 1.2.2 控制理論回顧 3 1.3 研究動機 5 1.4 本文架構 5 第二章 實驗系統架構 7 2.1 單軸氣壓肌肉致動器系統 7 2.1.1 系統架構 7 2.1.2 實驗系統主要元件 10 2.2 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂系統 16 2.2.1 系統架構 16 2.2.2 實驗主要元件 19 2.3 PC-BASED 控制系統 20 第三章 系統動態數學模式建立 21 3.1 單軸氣壓肌肉致動器系統之數學模型 21 3.1.1 系統數學模型建立 21 3.1.2 動態模擬與實際系統量測比較 25 3.2 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂系統 27 3.2.1 系統數學模型建立 27 3.2.2 動態模擬與實際系統量測比較 30 第四章 控制理論與控制器設計 31 4.1 函數近似法 31 4.2 以函數近似法之適應性滑動模式控制理論 33 4.3 以函數近似法之適應性滑動模式結合 控制之軌跡控制理論 36 4.4 單軸氣壓肌肉致動器系統控制器設計 38 4.5 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂系統控制器設計 40 第五章 模擬及實驗結果討論 45 5.1 單軸氣壓肌肉致動器伺服系統控制模擬 47 5.2 單軸氣壓肌肉致動器伺服系統控制實驗 52 5.2.1 單軸氣壓肌肉致動器伺服系統軌跡定位控制實驗 52 5.2.2 單軸氣壓肌肉致動器伺服系統軌跡追縱實驗 57 5.3 單軸氣壓肌肉致動器實驗綜合比較與討論 62 5.3.1 軌跡定位控制實驗比較與討論 62 5.3.2 軌跡追蹤控制實驗比較與討論 66 5.4 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂伺服系統軌跡追蹤控制模擬 68 5.5 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂伺服系統控制實驗 71 5.5.1 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂伺服系統軌跡定位控制實驗 72 5.5.2 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂伺服系統軌跡追蹤控制實驗 79 5.6 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂伺服系統之實驗結果綜合比較 88 5.6.1 軌跡定位控制實驗比較 88 5.6.2 軌跡追蹤控制實驗比較 91 第六章 結論與建議 93 參考文獻 95 圖目錄 圖 2 - 1單軸氣壓肌肉致動器系統方塊圖 7 圖 2 - 2 氣壓肌肉致動器實體圖 8 圖 2 - 3 單軸氣壓肌肉致動器伺服系統實體圖 8 圖 2 - 4單軸氣壓肌肉致動器伺服系統架構圖 9 圖 2 - 5 氣壓肌肉致動器實體外觀照及模型構造剖面示意圖[30] 10 圖 2 - 6 氣壓肌肉致動器結構簡圖及氣壓肌肉致動器符號[35] 10 圖 2 - 7氣壓肌肉致動器收縮力與收縮率曲線圖[30] 11 圖 2 - 8 氣壓肌肉致動器位移量對壓力曲線圖 12 圖 2 - 9 氣壓肌肉致動器位移量對輸入電壓曲線圖 12 圖 2 - 8 (A)伺服閥實體外觀照 (B)伺服閥構造剖面示意圖[31] 13 圖 2 - 9 (C)伺服閥壓力與電壓關係圖 (D)伺服閥符號[31] 13 圖 2 - 10 HCTL-2032接腳圖[32] 14 圖 2 - 11解碼電路接線圖[1] 14 圖 2 - 12 義大利GIVI玻璃透射式光學尺[33] 15 圖 2 - 13 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂系統方塊圖 16 圖 2 - 14 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂系統實體圖 17 圖 2 - 15雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂系統架構圖 18 圖 2 - 16角度感測器外觀圖[34] 20 圖 3 - 1 (A)氣壓肌肉致動器結構簡圖(B)剖面示意圖[35][16] 22 圖 3 - 2 單軸氣壓肌肉致動器系統開迴路響應模擬與實驗對照圖 25 圖 3 - 3 機械臂示意圖 28 圖 3 - 4 機械臂系統開迴路響應模擬與實驗比對圖 30 圖 5 - 1單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡追縱控制之模擬結果 48 圖 5 - 2單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡追縱控制之模擬結果 49 圖 5 - 3單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡追縱控制之模擬結果 50 圖 5 - 4單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡追縱控制之模擬結果 51 圖 5 - 5單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡定位控制之實驗結果 53 圖 5 - 6單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡定位控制之實驗結果 54 圖 5 - 7單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡定位控制之實驗結果 55 圖 5 - 8單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡定位控制之實驗結果 56 圖 5 - 9單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡追蹤控制之實驗結果 58 圖 5 - 10單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡追蹤控制之實驗結果 59 圖 5 - 11單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡追蹤控制之實驗結果 60 圖 5 - 12單軸氣壓肌肉致動器系統軌跡追蹤控制之實驗結果 61 圖 5 - 13收縮，不同行程(10MM、20MM)比較圖(A)系統響應(B)控制誤差 62 圖 5 - 14伸長，不同行程(10MM、20MM)比較圖(A)系統響應(B)控制誤差 63 圖 5 - 15相同行程(10MM)收縮與伸長比較圖(A)系統響應(B)控制誤差 64 圖 5 - 16 相同行程(10MM)收縮與伸長實驗比較圖(A)系統響應(B)控制誤差 66 圖 5 - 17相同行程(20MM)收縮與伸長實驗比較圖(A)系統響應(B)控制誤差 67 圖 5 - 18雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之模擬結果 69 圖 5 - 19雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之模擬結果 70 圖 5 - 20雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡定位控制之實驗結果 73 圖 5 - 21雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡定位控制之實驗結果 74 圖 5 - 22雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡定位控制之實驗結果 75 圖 5 - 23雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡定位控制之實驗結果 76 圖 5 - 24雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡定位控制之實驗結果 77 圖 5 - 25雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡定位控制之實驗結果 78 圖 5 - 26雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之實驗結果 80 圖 5 - 27雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之實驗結果 81 圖 5 - 28雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之實驗結果 82 圖 5 - 29雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之實驗結果 83 圖 5 - 30雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之實驗結果 84 圖 5 - 31雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之實驗結果 85 圖 5 - 32雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之實驗結果 86 圖 5 - 33雙氣壓肌肉驅動機械臂系統軌跡追蹤控制之實驗結果 87 圖 5 - 34不同行程(10度、15度、20度)，空載，軌跡定位實驗比較圖 88 圖 5 - 35相同行程(15度)，空載與負載(2KG)，軌跡定位實驗比較圖 89 圖 5 - 36不同行程(10度、15度、20度)空載軌跡追蹤實驗比較圖 91 圖 5 - 37相同行程10度，空載與負載(2KG)軌跡追蹤控制實驗比較圖 92 表目錄 5 表 3 - 1氣壓肌肉致動器參數表 26 表 3 - 2 機械臂參數表 30 表 4 - 1單軸氣壓肌肉致動器伺服系統控制參數表 43 表 4 - 2雙氣壓肌肉致動器驅動單軸機械臂伺服系統控制參數表 43 表 5 - 1 模擬規劃表 47 表 5 - 2 軌跡定位控制實驗規劃表 52 表 5 - 3 單軸氣壓肌肉致動器伺服系統軌跡追縱實驗規劃表 57 表 5 - 4收縮時不同行程軌跡定位控制實驗比較表 62 表 5 - 5 伸長時不同行程軌跡定位控制實驗比較表 63 表 5 - 6 相同行程收縮與伸長軌跡定位控制實驗比較表 64 表 5 - 7 雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂伺服系統模擬規劃表 68 表 5 - 8雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂伺服系統軌跡定位控制實驗規劃表 72 表 5 - 9雙氣壓肌肉致動器驅動機械臂伺服系統軌跡追蹤控制實驗規劃表 79 表 5 - 10不同行程(10度、15度、20度)，空載，軌跡定位實驗比較表 88 表 5 - 11相同行程(15度)，空載與負載(2KG)，軌跡定位實驗比較表 89 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 氣壓肌肉致動器 | zh_TW |
| dc.subject | 函數近似法 | zh_TW |
| dc.subject | 適應性滑動模式結合H infinite控制之軌跡控制 | zh_TW |
| dc.subject | 機械臂 | zh_TW |
| dc.subject | 氣壓伺服系統 | zh_TW |
| dc.subject | H infinite tracking control | en |
| dc.subject | pneumatic servo system | en |
| dc.subject | pneumatic muscle actuator | en |
| dc.subject | robot arm | en |
| dc.subject | Fourier series-based | en |
| dc.subject | adaptive sliding mode controller | en |
| dc.title | 氣壓肌肉致動器單軸機械臂軌跡追蹤控制之研究 | zh_TW |
| dc.title | Development of Tracking Control of a Single-Axis Robot Arm with Pneumatic Muscle Actuators | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 96-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 薛文証,郭振華,林靖國,郭文化 | |
| dc.subject.keyword | 氣壓伺服系統,氣壓肌肉致動器,機械臂,函數近似法,適應性滑動模式結合H infinite控制之軌跡控制, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | pneumatic servo system,pneumatic muscle actuator,robot arm,Fourier series-based,adaptive sliding mode controller,H infinite tracking control, | en |
| dc.relation.page | 96 | |
| dc.rights.note | 未授權 | |
| dc.date.accepted | 2008-07-30 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 工程科學及海洋工程學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位： | 工程科學及海洋工程學系 | |
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|---|---|---|---|
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