四足压电致动型机器人之驱动控制.pdfVIP

Proceedings of 2005 CACS Automatic Control Conference Tainan, Taiwan, Nov 18-19, 2005 四足壓電致動型機器人之驅動控制設計 黃建霖 丁鏞 李俊忠馮輝譯謝漢志 私立中原大學機械工程系 桃園縣中壢市中北路200號 Tel: (03)2654339 E-mail: g9373053@cycu.edu.tw 摘要 究主要集中在系統結構、運動方式、控制方法、傳 感技術、通信技術以及行走技術等方面，其中較受 本研究欲設計一利用壓電致動器使其達成具 注目的就是利用壓電陶瓷元件，其具有體積可微小 有前後移動、順時與逆時旋轉的小型移動機器人。 化、系統結構簡單、不受電磁干擾、快速之響應等 其壓電致動器為雙晶片型壓電元件(Bimorph) ，利用 特性來達成機器人之微小化之目的，而近年來並有 壓電元件形變產生振動的原理使壓電機器人產生 許多學者進行此方向之研究如 Aoshima 等人於 移動。本文係利用一單晶片來產生壓電元件所需之 1993 年利用壓電陶瓷振動在微小管道移動之小型 驅動信號波形，搭配光耦合 (Photo Coupler)隔離器 機器人[1] 。Daugela 等人於1995 年提出以壓電陶瓷 與功率電晶體(POWER MOSFET)來隔離與放大高 致動之移動控制[2] 。Tani 於 1996 年提出之壓電振 壓直流訊號，作為壓電元件驅動輸出，而以單晶片 動小型機器人之摩擦模型分析 [3] 。Fukui 等人於 所設計規劃的動作訊號作為機器人移動方向之控 2001 年利用壓電元件快速形變致動之微型機器人 制電路。而所產生之振動需透過有效之方向控制法 [4] 。Michael 等人於2003提出之利用微型壓電致動 則來達到直線及旋轉之目標，而行徑時與參考軌跡 方式之游泳式載具[5] 。因此本研究之壓電機器人的 之偏差量可利用指數加權移動平均方法予以快速 結構設計是利用雙晶片壓電致動元件之振動形變 補償修正，並由實驗驗證其效果及討論改進方向精 產生微小移動量，配合四片壓電致動元件在機構上 確度等問題。 的配置，使能產生不同方向及旋轉之移動，此點將 關鍵詞：小型壓電機器人、雙晶片型壓電元件 不同於前述學者所提出之研究中機器人只擁有前 (bimorph) 、指數加權移動平均法 後移動之方向。在壓電致動器之驅動控制器中，利 用單晶片微處理器將輸出訊號以數位方式來處理 其驅動信號，使壓電機器人產生移動。而在控制方 Abstract 法中利用Box和 Jenkin 於 1976 年最先提出的指數 A micro robot with four legs is developed in this study. Each leg is employed with a bimorph 加權移動平均 (Exponentially Weighted Moving piezoelectric actuator. Through appropriate direction Average, E