李志中臺灣大學:機械工程學研究所黃宏偉Hwang, Hung-WeiHung-WeiHwang2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282009U0001-0602200914063900http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187274本論文之目的為探討具2個自由度(degree of freedom)腱驅動機構(tendon-driven mechanism)之模糊控制(Fuzzy control)。本文之腱驅動機構使用形狀記憶合金(SMA)作為驅動腱，針對此種非線性系統採用模糊控制並進行實驗。對於在n自由度n+1條腱之腱驅動系統中，腱驅動易發生互相擷抗的效果，以致產生回授誤差，因而本論文亦發展誤差回授分析之新方法，並於2個自由度3條腱之腱驅動機構模糊控制器中，以該新方法作為規則庫(rule base)設計之依據，再以步階輸入(step input)、正弦函數與餘弦函數輸入，同時亦將模糊控制之實驗結果與PID控制器者進行比較。由實驗結果得知模糊控制器應用於非線性機構之控制時，在最大超越量或振盪時間，均較PID控制器小，在軌跡追蹤亦較為精準且及時。The purpose of this thesis is to investigate the fuzzy control of a two-degree-of freedom tendon-driven robotic mechanism. In this work, shape memory alloy(SMA) wires are used as a driving tendons for the robotic mechanism. The fuzzy control method is applied for the control of such nonlinear system. For an n d.o.f. system with (n+1) driving tendons, antagnism effect always takes place in the system and results in feedback errors in the control loop. Therefore, the rule base of fuzzy controller is developed for solving such problem. A two-d.o.f. robotic mechanism is used for illustration. The experiment are then conducted and compared to the traditional PID controller. The results show that the fuzzy controller can be better than the PID controller over the step input and path tracking response.目 錄謝 i文摘要 ii文摘要 iii錄 iv目錄 vi目錄 vii一章 緒論 1.1 前言 1.2 文獻回顧 2.3 研究動機與目標 3.4 本文介紹 3二章 腱驅動機構 5.1 前言 5.2 基本假設 6.3 運動分析 6.4 範例分析 8三章 模糊控制理論與控制器設計 13.1 前言 13.2 模糊理論 14.2.1 模糊集合 14.2.2 模糊集合的基礎運算 15.3 模糊控制基本結構 17.4 模糊控制器製作 22.4.1 前言 22.4.2 模糊控制器建立 22.4.3 從屬函數之定義 24.4.4 模糊控制器之規則庫 27四章 實驗設備與結果 35.1 實驗機台 35.2 實驗設備 36.3 實驗結果 38.3.1 步階輸入 39.3.2 正弦函數與餘弦函數輸入 47.4 討論 51五章 結論與未來研究方向 53.1 結論 53.2 未來研究方向 54考文獻 56錄A 符號說明 A-1錄B 腱驅動機構零件圖 B-1錄C 腱驅動機構設備 C-1錄D 規則庫 D-1 目 錄 3.1 B-type之模糊規則庫 32 3.2 C-type之模糊規則庫 33 4.1 硬體設備一覽表 37 目 錄2.1 n自由度腱驅動機構第j條之傳動線 72.2 2自由度3條腱之腱驅動系統(A)構造示意 82.2 2自由度3條腱之腱驅動系統(B)構造矩陣 82.3 B-type機構示意圖 92.4 B-type之誤差回授處理圖 102.5 C-type機構示意圖 102.6 C-type之誤差回授處理圖 123.1 利用從屬函數表現「高」之概念 143.2(a) 三角形從屬函數 143.2(b) 梯形從屬函數 143.3 模糊集合之聯集運算 153.4 模糊集合之交集運算 153.5 模糊集合之補集運算 163.6 模糊控制之架構圖 163.7 三角形從屬函數之示意圖 173.8 模糊推理 193.9 高度法 203.10 重心法 203.11 系統架構圖 223.12 MIMO控制器分解圖 233.13角度誤差之模糊集合與從屬函數 253.14 16進位輸出值之模糊集合與從屬函數 25 4.1 B-type之實驗機構 34 4.2 C-type之實驗機構 35 4.3 硬體架構圖 37 4.4 轉角1的模糊控制器與PID控制器之步階響應比較圖(B-type) 40 4.5 轉角2的模糊控制器與PID控制器之步階響應比較圖(B-type) 40 4.6 轉角1的模糊控制器與PID控制器之誤差響應比較圖(B-type) 41 4.7 轉角2的模糊控制器與PID控制器之誤差響應比較圖(B-type) 41 4.8 腱1的模糊控制器與PID控制器之輸入電壓比較圖(B-type) 42 4.9 腱2的模糊控制器與PID控制器之輸入電壓比較圖(B-type) 42 4.10 腱3的模糊控制器與PID控制器之輸入電壓比較圖(B-type) 43 4.11 轉角的模糊控制器與PID控制器1之步階響應比較圖(C-type) 44 4.12 轉角的模糊控制器與PID控制器2之步階響應比較圖(C-type) 44 4.13 轉角1的模糊控制器與PID控制器之誤差響應比較圖(C-type) 45 4.14 轉角2的模糊控制器與PID控制器之誤差響應比較圖(C-type) 45 4.15 腱1的模糊控制器與PID控制器之輸入電壓比較圖(C-type) 45 4.16 腱2的模糊控制器與PID控制器之輸入電壓比較圖(C-type) 45 4.17 腱3的模糊控制器與PID控制器之輸入電壓比較圖(C-type) 46 4.18 轉角的模糊控制器與PID控制器1之餘弦響應比較圖(C-type) 48 4.19 轉角的模糊控制器與PID控制器2之正弦響應比較圖(C-type) 48 4.20 轉角的模糊控制器與PID控制器1之誤差響應比較圖(C-type) 49 4.21 轉角的模糊控制器與PID控制器2之誤差響應比較圖(C-type) 49 4.22 腱1的模糊控制器與PID控制器之輸入電壓比較圖(C-type) 50 4.23 腱2的模糊控制器與PID控制器之輸入電壓比較圖(C-type) 50 4.24 腱3的模糊控制器與PID控制器之輸入電壓比較圖(C-type) 511431429 bytesapplication/pdfen-US模糊控制形狀記憶合金腱驅動機構腱擷抗誤差回授分析tendon-driven mechanismshape memory alloyfuzzy controlerror feedback.thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187274/1/ntu-98-R95522630-1.pdf