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系統識別號 U0026-1507201316540400
論文名稱(中文) 微小物件推移之接觸分析與避障應用
論文名稱(英文) Contact Analysis and Obstacles Avoidance in Pushing Small Objects
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 機械工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Mechanical Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生(中文) 李哲豪
研究生(英文) JHE-HAO LI
學號 N16991774
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 122頁
口試委員 指導教授-張仁宗
口試委員-田思齊
口試委員-劉彥辰
中文關鍵字 Peshkin距離  線接觸表面分析  避障推移 
英文關鍵字 Peshkin distance  line contact analysis  avoidance pushing 
學科別分類
中文摘要 本文主要研究在推移微小物件時,在不同接觸模式下所產生的現象與其控制行為;在點接觸模式下則可以利用基礎理論推算出無滑動現象產生的最大物件尺寸,並可計算從點接觸旋轉到線接觸所需之最小距離,在線接觸模式下則利用Mason等人所提出的理論,藉由線接觸長度和接觸面最大長度之比例以及旋轉中心之位置,判斷推移過程中是否會產生旋轉,並得知穩定推移之範圍,再以實驗結果驗證線接觸長度所佔的比例是否符合,而在線接觸的推移過程中則使用模糊控制理論來修正推移角度,並利用虛擬障礙物進行障礙物配置之測試,再使用動態規劃配合權重加成建立路徑進行實體避障推移實驗,本文避障實驗使用之物件為長度1.15mm之長方形微物件。
英文摘要 This thesis investigate the phenomenon of different contact modes and their control behavior when the small rectangular object is pushed by fence. In the point contact without slipping, the maximum length of small object can be calculated by using fundamental theory. In addition, the minimum moving distance from point contact to line contact can be calculated. In the line contact mode, mainly by the theory of Mason, through the ratio between the length of line contact and maximum length of the contact surface and the position of rotation center, whether the object will rotate during push operation can be determined and the region of stable pushing can be obtained. After determined the region, experiment dynamic programming with weighting for path planning and fuzzy controller to control the angle of pushing, a small rectangular object of 1.15mm length is pushed to reach final destination without touching obstacles.
論文目次 摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 IX
圖目錄 X
符號表 XVI
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 2
1-3 文獻回顧 2
1-3.1 自主型 2
1-3.2 接觸推移型 5
1-3.3 聯結拖拉型 8
1-4 研究目標與方法 10
1-4.1 研究目標 10
1-4.2 研究方法 11
1-5 本文架構 13
第二章 基礎理論 14
2-1 基礎摩擦理論 14
2-1.1 庫倫摩擦定律 14
2-1.2 摩擦力模型 16
2-1.3 摩擦圓錐與摩擦角 18
2-2 推移力學分析 18
2-2.1 平移 20
2-2.2 旋轉 22
2-3 瞬心位置與接觸模式 23
2-4 物件旋轉方向 24
2-5 本章總結 27
第三章 微操縱系統與影像系統 28
3-1 微操縱系統 28
3-1.1 載具平台 28
3-1.2 操縱器 29
3-2 微小物件製作 32
3-3 影像系統 34
3-3.1 影像量測設備 34
3-3.2 微小物件之位置與姿態估測 36
3-4 置物平台與影像校準 38
3-4.1 置物平台校準 38
3-4.2 影像校準 39
3-5 本章總結 40
第四章 接觸模式與應用 42
4-1 點接觸模式相關分析 42
4-1.1 接觸點滑動條件 42
4-1.2 Peshkin距離 44
4-2 線接觸模式相關分析 47
4-2.1 線接觸介紹 47
4-2.2 穩定推移之範圍 49
4-3 實體物件驗證與應用 52
4-3.1 實際物件穩定推移之範圍 52
4-3.2 實體物件之接觸點模式分析 60
4-3.3 實體物件之Peshkin距離 61
4-4 本章總結 65
第五章 避障路徑規劃與推移策略 67
5-1 避障路徑規劃 67
5-1.1 A*演算法(A star algorithm) 67
5-1.2 柵格分解法(Approximate cell decomposition) 68
5-1.3 可視圖法(Visibility graph method) 69
5-1.4 嚴格空間分解法(Exact cell decomposition) 70
5-1.5 路徑規劃法選擇與動態規劃 71
5-2 推移策略 78
5-2.1 使用比例控制於推移控制上 78
5-2.2 使用模糊控制於推移控制上 81
5-2.3 姿態調整與低角度推移之策略 85
5-3 本章總結 87
第六章 系統整合與避障驗證 89
6-1 系統整合 89
6-2 不同控制器之性能比較 90
6-2.1 比例控制器之性能測試 90
6-2.2 模糊控制器之性能測試 95
6-2.3 性能比較與選用 98
6-3 空間規劃與實驗設計 102
6-3.1 空間規劃 102
6-3.2 實驗設計 106
6-4 避障實驗結果與驗證 110
6-4.1 實驗結果 110
6-4.2 本章總結 117
第七章 結論與未來展望 118
7-1 結論 118
7-2 未來展望 119
參考文獻 120
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