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系統識別號 U0026-0812200914064000
論文名稱(中文) 六自由度混合式定位平台之設計分析與製造
論文名稱(英文) Design Analysis and Fabrication of A Six-DOF Hybrid-type Positioning Stage
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 製造工程研究所
系所名稱(英) Institute of Manufacturing Engineering
學年度 96
學期 1
出版年 97
研究生(中文) 王福壽
研究生(英文) Fu-shou Wang
電子信箱 p9890103@mail.ncku.edu.tw
學號 p9890103
學位類別 博士
語文別 中文
論文頁數 145頁
口試委員 召集委員-蔡穎堅
口試委員-林榮慶
口試委員-覺文郁
口試委員-鐘明吉
指導教授-陳響亮
口試委員-李森墉
口試委員-陳朝光
中文關鍵字 靈敏度分析  誤差補償  平行機構  自由度  逆向運動解  順向運動解  混合式工具機 
英文關鍵字 accuracy  parallel kinematic mechanism  inverse kinematic error model  forward kinematic error model  manufacturing error 
學科別分類
中文摘要 定位平台不論是應用在微操作、微手術或通訊模組與光纖間之耦合,其著眼的要求不外乎安全性、高精度、高速度、高潔淨度、低成本與多自由度。
本研究將提出一新型三自由度平行軸機構與三自由度串聯機構組合而成的六軸定位平台。首先將介紹此平台的設計概念,並選定線性馬達為致動器並配合楔形溝槽與球接頭作為運動機構,以進行平台的整機設計、零件加工與組裝。使原本只具旋轉運動的球接頭也兼具滑移運動。進而展現出簡單的結構、易加工製造及量測、簡化運動方程式、無奇異點的發生、沒有累積誤差及高精確度等優點。
平台的分析上,首先針對定位平台進行自由度分析,進而使用齊次轉換矩陣為工具進行定位平台之運動分析,以求得逆向運動解及順向運動解。再者針對平台的製造或組裝訂定誤差源,以探討誤差源對定位精度之影響,並建立補償模式。
最後將運動與補償分析的結果於三次元量床上進行量測的驗證,以確立分析的正確性。並進行光纖對位實例之模擬。以瞭解探討定位平台應用於尋光對位時的正確性與硬體可改善的空間,以利將此定位平台的應用技術推展到其他產業。
英文摘要 This paper presents the geometric error measurement and compensation of a six-degree-of-freedom (6-DOF) hybrid positioning stage consisting of a 3-DOF parallel kinematic mechanism and a 3-DOF serial mechanism. The parallel kinematic mechanism uses ball joints and wedge-shaped mechanisms to provide the required rotational and sliding movement. The advantages of this mechanism include a simple structure, easy assembly and zero accumulated linkage errors. The study commences by describing the kinematic mechanisms of the positioning stage, and then evaluates the degrees of freedom of the parallel kinematic mechanism. Subsequently, a homogeneous transformation matrix approach is employed to perform an inverse analysis of the kinematics of the entire positioning stage. The study then discusses the effects of geometric errors caused by imprecision in the manufacturing and assembly processes on the positional accuracy of the stage. Finally, a coordinate measuring machine is used to measure the translation and orientation errors of the positioning stage. By comparing the measured data with the values derived from the inverse kinematics analysis, an error compensation model is constructed.
論文目次 中文摘要....................... I
ABSTRAT ....................... II
誌謝......................... III
目錄......................... IV
表目錄........................ VII
圖目錄........................ VIII
符號說明....................... XIV
第一章 前言..................... 1
1-1研究背景與動機.................. 1
1-2文獻回顧..................... 2
1-3國內外商品現況.................. 10
1-4齊次座標轉換與D-H矩陣.............. 10
1-5研究方法及預期目標................ 13
1-6章節瀏覽..................... 14
第二章定位平台構型設計與製作............ 20
2-1定位平台之構型設計................ 20
2-2定位平台之組裝程序 ............... 22
2-3定位平台之系統架構................ 24
2-4實驗規劃..................... 25
第三章 定位平台之運動分析............. 32
3-1定位平台之自由度分析.............. 32
3-2定位平台之逆向運動解推導............ 33
3-3α、β、γ 角度關係式之推導............. 38
3-4定位平台之順向運動解推導............. 42
3-5串聯式平台之逆向運動解.............. 44
3-6逆向及順向運動解之電腦模擬............ 44
第四章 並聯機構之誤差分析............. 53
4-1並聯機構之誤差源假設............... 54
4-2並聯機構含誤差之逆向運動解推導.......... 54
4-3並聯機構含誤差之順向運動解推導.......... 61
4-4誤差參數之靈敏度分析............... 64
第五章 定位平台幾何誤差量測............. 85
5-1 量測實驗架設與方法................ 85
5-2 量測實驗結果與分析................ 87
第六章 尋光對位模擬與實驗.............. 95
6-1 尋光對位法則之介紹............... 96
6-2尋光對位模擬之逆向運動解推導........... 98
6-3尋光對位實驗架設與方法.............. 100
6-4尋光對位之實驗結果與討論............. 102
第七章 結論與建議.................. 117
7-1 結論...................... 117
7-2 建議...................... 119
參考文獻....................... 120
附錄A........................ 129
自述......................... 145
參考文獻 1. T. Saito, T. Ota, T. Toratani and Y. Ono, “16-ch
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2009-02-05起公開。
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