二自由度串聯式機構及並聯式機構運動工作空間之比較研究

本研究包含二自由度的串聯式運動機構及並聯式機構CAD 模型建立及分析、正/逆向運動學分析、找尋運動空間及比較串聯式運動機構和並聯式機構運動空間大小之比例。第二年度的主要內容是機構的加工製造，完成後進行實際的量測，後能夠確定運動機構的理論上的運動空間和實際量測的差異，並且探討理論和實際值差距所發生的原因。首先根據平面上串聯式運動機構及並聯式機構背景訂定研究參數，包括機構的接頭種類、連桿長度。接著再跟據已經指定的參數利用CAD 軟體建立機構的3D 立體模型，再依據並聯式機構的參數建立起其運動學的數學模型，如此一來串聯式運動機構及並聯式機構的正向運動學數學模型建立後，就可以由接頭旋轉的角度推算出來其終端作用器(end effector)的位置及方向。另一方面也建立逆向運動學數學模型的計算出其所對映的接頭旋轉角度。計算出其能夠達到的工作空間。再依據並聯式機構的正向運動學計算出其接頭旋轉角度所對應的終端作用器的位置及方向做為更進一步的認證。並且由工作空間的大小，調整設計的參數的設計(包括接頭種類、連桿長度、旋轉角度) 找到相對應的工作空間。聯結式機構於工作區間中由於致動器及接頭運動的限制，亦可能產生奇異點，使主軸無法以所要求的方位該位置，終端作用器之逆運動學問題，藉由此法可以進行給定軸長範圍，求出終端作用器的運動空間。對於實際機構而言，如果終端作用器的中心位於運動空間中任一位置，而此一位置點恰好為並聯式機構奇異位置時，將使機構失去剛性，而無法控制。由終端作用器之位置、方向、速度、加速度、外力、外力矩求致動器之座標、速度、致動力、以及作用端點之奇異極限位置及極限方位，同時提出建造平台致動器之實際考量。第二階段是將二自由度的串聯式機構及並聯式機構實際進行加工及製造，完成後進行實際的工作空間的量測，主要的量測方式將串聯式機構及並聯式機構安置於水平的平台上後能夠確定運動機構的理論上的運動空間和實際量測的差異，並且探討理論和實際值差距所發生的原因。因為比較並聯式運動機構及一般的串聯式運動機構所能到達的運動空間是一個非常好的指標可以具體的量化出來，如此一來本研究就可以完成一個具體的指標來說明並聯式運動機構所能夠達到的工作空間到底是串聯式運動機構的工作空間的百分之幾，這樣的量化數據是能夠有實際的驗證。

系統編號:PB9807-2070
原計畫編號:NSC98-2221-E182-020