Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การออกแบบระบบหุ่นยนต์เดลต้าแบบสามองศาอิสระสำหรับทำงานกำหนดตำแหน่งหมุดร่วมกับมนุษย์ในเวลาจริง

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

DESIGN OF A THREE DEGREES OF FREEDOM DELTA TELEROBOT FOR PEG POSITIONING TASK WITH HUMAN IN REAL TIME.

Year (A.D.)

2014

Document Type

Thesis

First Advisor

รัชทิน จันทร์เจริญ

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมเครื่องกล

DOI

10.58837/CHULA.THE.2014.1193

Abstract

การออกแบบระบบหุ่นยนต์เดลต้าแบบสามองศาอิสระสำหรับทำงานกำหนดตำแหน่งหมุดร่วมกับมนุษย์ในเวลาจริง เป็นการออกแบบระบบหุ่นยนต์เพื่อนำมาใช้กับงานกำหนดตำแหน่งหมุดซึ่งมีความซับซ้อน สภาพแวดล้อมไม่คงที่ รวมทั้งมีแรงสัมผัสระหว่างหุ่นยนต์กับชิ้นงาน ดังนั้นจึงมีองค์ประกอบภายในระบบที่มีความซับซ้อนทั้งทางด้านโครงสร้างของระบบทางกล ส่วนต่อประสานและระบบควบคุม การออกแบบหุ่นยนต์เดลต้าแบบสามองศาอิสระมีเหตุผลมาจากน้ำหนักที่เบาของโครงสร้างทำให้สามารถควบคุมหุ่นยนต์ให้เคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็วเหมาะกับการทำงานร่วมกับมนุษย์ในเวลาจริงเนื่องจากการตอบสนองที่รวดเร็ว และทำให้สามารถใช้ระบบขับเคลื่อนที่มีขนาดเล็ก ประหยัดพลังงาน รวมทั้งมีความปลอดภัยต่อมนุษย์ การทำงานกำหนดตำแหน่งหมุดของหุ่นยนต์จำเป็นต้องมีการควบคุมตำแหน่งและแรงของหุ่นยนต์ซึ่งเป็นการควบคุมตำแหน่ง/แรงแบบไฮบริด รวมทั้งอุปกรณ์คอมไพลอันท์แบบพาสซีฟที่ฐานพื้นที่ทำงานเพื่อช่วยให้การเคลื่อนที่ระหว่างหุ่นยนต์กับชิ้นงานเป็นแบบคอมไพลอันท์ เพื่อให้สามารถปักหมุดลงหลุมได้ง่ายขึ้นและลดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับชิ้นงานและหุ่นยนต์ วิทยานิพนธ์นี้จึงนำหลักการของฟิตต์มาพัฒนาวิธีการประเมินและประยุกต์ให้เหมาะสมเพื่อประเมินสมรรถนะการทำงานของหุ่นยนต์ร่วมกับมนุษย์ ได้ข้อสรุปว่า ประการแรก มนุษย์จับปลายแขนหุ่นยนต์ปักหมุดมีสมรรถนะการทำงานดีกว่ามนุษย์ควบคุมหุ่นยนต์โดยใช้อุปกรณ์ควบคุมแฮปติกที่มีเพียงการควบคุมตำแหน่ง และแฮปติกที่มีการควบคุมทั้งตำแหน่งและแรง โดยเป็นการควบคุมแรงในแนวระนาบผ่านทางระบบควบคุม การใช้แฮปติกทั้งสองแบบมีสมรรถนะการทำงานใกล้เคียงกัน ประการต่อมา คือ การใช้เครื่องมือกระทำกับชิ้นงานหรือแท่งหมุด ซึ่งเป็นแท่งทรงกระบอกขนาดเล็กกว่าขนาดหลุมที่ปักลงไปจะมีสมรรถนะการทำงานดีกว่าการใช้แท่งทรงกระบอกขนาดพอดีขนาดหลุม เนื่องจากดัชนีความยากของการทำงานแตกต่างกัน และประการสุดท้าย พบว่า การทำงานโดยการมองชิ้นงานโดยตรงไม่ผ่านระบบภาพจะมีสมรรถนะการทำงานดีกว่าการใช้ระบบภาพในการควบคุมหุ่นยนต์

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

Design of a three degrees of freedom delta telerobot for peg positioning task with human in real time is to be applied to a complex task which is peg-in-hole task in uncertainties of the environment from physical interactions and mechanical contacts with the environment. The complicated systems, including mechanical structure, human-machine interfaces, and control systems, play an essential role in design. The delta robot has low mass structure and fast response, suitable for work with human in real time and possible to use small motors to save energy. A Hybrid Position/Force control and a passive compliant device are required to accomplish the peg positioning task assisting the robot to peg easily and reducing damages of both the robot and a work piece. This thesis proposes a performance evaluation of control the delta telerobot for peg positioning task with human in real time. The result shows that using the Haptic device has time to completion as close as the Haptic device with force control in the system and both time to completion are more than human moving the end effector himself. Using the smaller peg has less time to completion than the larger one due to the different index of difficulty. Moreover, operating the peg positioning task in direct view gives the better performance than 3D view.

Link to Full Text

Share

COinS