四足压电致动型机器人之驱动控制

《四足压电致动型机器人之驱动控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、Proceedingsof2005CACSAutomaticControlConferenceTainan,Taiwan,Nov18-19,2005四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)2654339E-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

2、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(PhotoCoupler)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(POWERMOSFET)來隔離與放大高致動之移動控制[2]。Tan

3、i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

4、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Amicrorobotwithfourlegsisdevelopedinthisstudy.Eachlegisemployed

5、withabimorph加權移動平均(ExponentiallyWeightedMovingpiezoelectricactuator.ThroughappropriatedirectionAverage,EWMA)控制法[6]，該控制法則是一種最control,itthusisabletorotateaswellasmove小平方根差(MinimumMeanSquareError)的控制forwardandbackward.Modelingofbimorphactuator器，利用EWMA批次回饋控制法能夠有效地控制andmoti

6、oncontrolisderived.Thedrivingcontrol製程的線性小飄移，且方法及運算簡單，而成為目circuitryofthemicrorobotconsistsofa前廣泛使用的一種線性Model-based控制器，如microprocessorassociatedwithPhotoCoupleraswellSachs等人最早將EWMA應用到半導體製程的批次asPOWERMOSFETinordertoisolateandamplify控制(Run-to-RunControl)[7]，證實其能有效減少製high-v

7、oltageDCsignal.Thedeviationfromthereferencetrajectoryduringmaneuveringcanbe程性能的飄移、偏移與變異性，基於EWMA演算efficientlycompensatedbyusedoftheExponentially法對於小偏移量能有效的回饋控制且因其數學模WeightedMovingAverage(EWMA)method.The式簡單之特性，而在實際應用上具有較佳之處理反experimentalresultshowsitsperformance,andthe應速

8、度，本文將該法導入於控制器設計並以problemofinaccuracyofmotioncontrolisalsoMATLAB進行模擬，以驗證其功能滿足系統之響應discussedforfurtherimprovement.所需。Ke