超音波於工業機械臂之方位量測的應用

Abstract

機械手在工業的應用上，位置及方位的決定是一個重要的環節。而一般工業機械手因 齒輪與齒輪之間的誤差，再因多軸機械手造成此誤差的累積，導致位置及方位量測上 的不準。更於機械手操作一段時間之后累積成一很可觀的誤差，又為克服此缺點，不 斷的歸位(Home position) ，亦造成效率上的損失。 因此，本文旨在提出一種有效的克服辦法，且工業應用上請究的是，經濟，效率，而 超音波本身就是一種相當經濟又有效率的量測工具，故本文利用超音波，成本低效率 高的優點將它應用在機械手臂上。以量度到準確的空間位置及方向角。 本論文利用一面具有多個超音波接收器的接收板，及裝置於機械手臂端(End-effect- or) 的超音波發射器，依據所量測得到的距離，來計算空間位置座標及方向角。并提 出一些差別通式決定裝置於機械手臂端的超音波發射器的數目以達到最高的量測效率 ，其次再對機械手臂配合超音波感測器，討論其有效工作區的分析。 連帶在本文中亦對超音波感測器電路的特性與原理，做一番介紹，以期在應用上，依 不同的工作場合及使用特性要求，做一個適當的選擇；因超音波感測器在有效範圍內 為一線性關系，對於刻度的校正，我們采用Normalized Least Mean Squares 的方法 , 做線外(Off Line)的校正，并與Kalman Filter 的方法做一個比較。 對空間位置座及方向角的量測，則使用三個超音波發射器為一組，配合外差法，以求 位置座標及方向角的量測，則使用三個超音波發射器為一組，配合外差法，以求位置 座標，并利用三個超音波發射器間的向量關系測出其方向角。