機械手爪之力控制器設計與製作

Abstract

本論文之主要研究目的為具力控制能力之機械手爪的設計與製作，藉此可為機器人提 供一個具有良好操縱能力的抓取系統。 在本論文的第一部分中，我們設計並製作一機械手爪。它是以直流馬達作為驅動器， 而馬達的驅動線路為一電流放大器。經由此放大器可使馬達帶動手爪夾取物品。整個 手爪的機械結構皆經過詳細的分析，藉此，我們可以知道馬達輸入電壓與抓取加量大 小兩者之間的關係。 在本論文的第二部分，我們利用PVDF材料發展力感測器。PVDF是一種壓電材料。我們 之所以採用它是因為它具有以下幾個優點：堅韌不易壞、對力相當敏感、低遲滯性、 高線性度且非常薄等等，所以非常適合用來當作觸覺感測器。但是它卻有一個嚴重的 缺點，就是只能測量高於某個頻率的動態力，而無法測得靜態力的大小。因此我們設 計了一種訊號處理線路，以及利用特殊的訊號讀取方法來克服此一缺點。 在本論文的第三部分，我們利用前面設計的手爪及力感測器，設計一個具有位置及力 感測能力的伺服控制系統。其中，位置的感測是利用直流馬達上的解碼器來完成的。 在此系統中，我們採用一種位置與力的混合控制器來操作所有的抓取動作。在抓取過 程中，當手爪逐漸閉合且尚未接觸到物體時，此系統是處於位置控制模式；當手爪剛 碰到物體的那一剎那，系統的控制器由位置模式轉換成力控制模式，使得手爪能以適 當的力量抓取物體，另外，也可使易碎的東西在夾取時不會被破壞。我們已利用此手 爪成功地抓取像雞蛋、蕃茄、鐵塊等各種不同的東西，實驗結果顯示，將此抓取系統 運用在工業應用及農業自動化是可行的！