淡江大學機械與機電工程學系碩士班學位論文
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本研究透過MEMS製程技術與表面黏貼技術結合LED標記，以及夜光漆塗佈標記，使翼展20 cm之拍翼膜撓動顯像，再以運動分析軟體結合立體影像處理，擷取其翼膜撓動的三維軌跡座標，搭配結合於計算流體力學，進行二維拍翼流場的模擬分析。 本研究以Kwon3D擷取翼膜撓動軌跡座標，並利用光學式動作捕捉設備，經KwonCC數位化比例尺，計算出誤差值為0.19 cm。拍翼最高頻率為14Hz，每拍翼週期可擷取72-86張立體軌跡座標。金探子微飛行器之傾斜8字拍翼，在此被確認。文中也有加以論述LED與夜光漆標記點之伏劣。 續以Matlab及Surfer軟體比較翼面之變化及擷取剖面軌跡座標。最後利用Gambit建模讀入Fluent，進行微飛行器拍翼1/4翼展剖面在定常流場狀態下之CFD模擬，創新獲得分析實際拍翼軌跡的二維流場與升、阻力。結果顯示模擬計算出之升力數據與實際風洞升力數據定性相似，咸信為可撓拍翼研究之一項創見。
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本文第一部分參考孢子囊毛細結構驅動原理研製仿生尾舵，應用於微飛行器( MAV, micro aerial vehicle )之轉向，分別以SU-8厚膜負光阻與不鏽鋼為致動器材料，並利用SU-8 LIGA-like製程與雷射切割不鏽鋼之方式，成功製作出仿生尾舵之機構，再利用表面改質技巧增大毛細驅動力，最後以新穎微制動器機構與垂直尾翼作接合，盼望此設計可作為未來轉彎姿態控制之尾翼致動器使用。 本文第二部分參考微機電汪克爾引擎之先前文獻，將驅動液體水改良為水銀，微機電製程技術係以感應耦合電漿蝕刻矽晶圓，搭配聚二甲基矽氧烷( PDMS )翻模，之後在玻璃片上製作出電極，作為加熱、測溫與導熱冷卻之用。為避免加熱時熱量從玻璃片底部散失出去以及電性絕緣之故，於玻璃片上鍍膜1μm 之聚對二甲苯( parylene )高分子材料，並且以氧氣電漿技術接合PDMS腔體與玻璃片，最後灌注水銀、密封製作電路板並打線設計，經由加熱電極觀察利用溫差方式驅使轉子作動。
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本論文針對視覺式動態環境中同時定位、建圖與移動物體追蹤的研究議題，探討使用移動攝影機偵測與追蹤移動物體之任務。主要研究議題包括發展線上建立物件模型以及偵測與追蹤移動物體等演算法。偵測明顯的影像特徵點做為線上建模之訓練資料，以便建立稀疏呈現的物件模型。比對環境中的影像特徵與物件模型的元件，以辨識物體與搜尋物體的位置。發展的演算法再結合移動物體偵測、狀態估測方法、與視覺式感測等技術，完成以移動攝影機偵測與追蹤移動物體。整合的系統將可以應用在行動機器人、輪椅、汽車、與飛行機器人之上，執行動態環境中並行追蹤移動物體與建圖的任務。
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低階攝影機有標準化軟硬體介面與價格低的優點，在機器人系統上有普及應用的潛力。缺點是低階攝影機的影像擷取頻率通常低於30Hz，所擷取的影像會有模糊現象。另外，由於即時運算能力的限制，機器人應用視覺感測器通常只能處理低解析度的影像，影像模糊現象很難藉由提高解析度與影像處理方法加以改善。本論文針對所擷取的低解析度與模糊的場景影像，發展有效的影像特徵偵測、描述、與比對方法，建立一致性高的稀疏視覺式特徵地圖，以便應用於機器人同時定位與建圖。在影像特徵描述與比對方面，將規劃強健的特徵描述方法，應用在低解析度的模糊影像，以提高特徵成功比對率。另外，也探討灰階影像區塊特徵描述方法，應用在視覺式特徵地圖的可能性。針對影像特徵偵測與描述方法的效能比較，本研究也規劃特徵可重複性的測試與機器人定位的地面基準測試等實驗。其中特徵可重複性會直接影響視覺式地圖的特徵數量，進而影響狀態估測器的效能。實驗結果顯示本論文所規劃的強健特徵描述方法，在低階攝影機所引起的模糊影像中，能有效提高特徵可重複性與降低地圖的特徵數量。
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本研究群在拍翼式微飛行器MAV 之技術開發已逾9 年，開發之20 cm 翼 展“金探子”系列，技術已相當純熟，且能連續滯空超過8 分鐘。微飛行器機構 一直都是飛行器飛行主要核心之一，修改機構提供下一代新型MAV 拍翼式機 構設計參考。鳥類其飛行方式大都以滑翔及盤旋為主，拍翼行程角約達60~70 度；蜂鳥卻可以做到懸停飛行，其拍翼行程角為120 度。對飛行來說拍翼行程 角越大越能做到懸停，但以往四連桿機構微飛行器，皆存在著不可避免的相位 差，相位差是因兩個機構未能同步運轉所致，這會造成飛行不穩定。目前金探 子傳動機構拍翼行程角為53 度，雙翼相位差小於3 度。利用微飛行器機構為 原型進行改良，探討使用彈簧改善，並加大行程角和減少相位差。.
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本研究以黃光微影技術和軟微影PDMS 翻模技術，製作出一個仿微血管 水力直徑的PDMS 微流道。先行驗證PDMS 在O2 與CF4 混合氣體不同比例下， 電漿蝕刻的表面粗糙度變化數據，再利用該不同表面粗糙度的PDMS 微流道， 透過微球體與活體肝癌細胞HepG2 之動態灌流實驗，分別觀察二者貼附於 PDMS 微流道之每隔10 分鐘變動的面積多寡，而至終定性歸納出，PDMS 微 流道表粗對於細胞貼附之影響。
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螺紋元件為工業上的重要零件，螺紋結構即是在金屬圓柱或圓錐本體表面依螺旋線銑削出螺旋溝槽的外型，主要的功能為固定或結合機械元件，亦可作為傳動等用途。現今螺紋元件的製造以自動化生產為主，為了提高螺紋的加工精度、生產的效率與品質，一套線上快速檢測系統為必要的研究課題。本論文發展出一套三維偏振散射光量測技術之外螺紋測量系統，以光耦合元件搭配偏振鏡來量測外螺紋表面的偏振散射光並加以分析。本系統藉由控制偏振鏡的旋轉角度，分別截取水平與垂直偏振的外螺紋影像，然後由偏振係數方程式結合水平與垂直偏振影像成為偏振係數影像，得到清晰的三維外螺紋影像，藉由此偏振係數影像可以容易的算出螺峰、螺距、螺紋表面特徵等之外螺紋相關參數，並與光學顯微鏡的量測影像比較，以證明本量測系統的正確性。
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本文應用Biot多孔彈性理論，於尤拉樑及平面應力假設下推導多孔樑與多孔板之彎曲振動統御方程組。並於拉普拉斯域下推導多孔樑、多孔板以及多孔介質元素的剛性矩陣。再藉由衝擊負荷與彈性支撐邊界限制進行多孔樑、多孔板、多孔介質之有限元素頻域分析。探討多孔樑、多孔板、多孔介質、加肋多孔板、多孔樑與多孔介質耦合等耦合系統之動態行為，以期契合實際之應用狀態。 多孔樑、多孔板以及多孔介質因內含之流體與固體架構交互作用而有特殊之動態消散特性。由含飽和多孔樑與多孔板模態振幅衰減之現象可發現流體黏滯係數越大時其消散特性影響相對增加，而流體體積模數主要影響多孔樑和板之模態頻率。因此藉由流體之改變可調整多孔樑與多孔板之模態頻率與振幅。由加肋多孔板模態頻率變動可明顯觀察到，孔洞率提高時消散係數及模態頻率也相對增高。故藉由孔洞率及流體改變可精確的調整加肋多孔板之動態反應。另多孔樑與空間聲場耦合分析結果顯示空間聲場內可同時觀察到多孔樑及聲場耦合的模態頻率且空間聲場內模態頻率和振幅均有顯著改變。
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本文首先以動顯函有限元素法模擬銅箔U型精微彎曲，接著使用靜隱函有限元素法分析銅箔除荷後之回彈。並假設材料於等向性之條件下進行數值分析，以探討U型精微彎曲之沖頭負荷與衝程關係、成形歷程、除荷後之工件角度、回彈量，及側壁蜷曲現象。另設計一組U型精微彎曲之模具進行實驗比較，以驗證本文之有限元素分析程式可合理模擬U型精微彎曲成形製程。 本文針對沖模圓弧角半徑與間隔墊片厚度之改變，對除荷後之工件角度、回彈量，及側壁蜷曲之影響進行探討。經數值分析與實驗結果比較得知，沖頭負荷會隨著沖模圓弧角半徑增加而遞減，除荷後鄰近沖頭角隅處與鄰近沖模圓弧角之工件角度、回彈量，及蜷曲半徑則隨之遞增。此外，沖頭負荷會隨著間隔墊片厚度增加而遞減，除荷後鄰近沖頭角隅處之工件角度與回彈量亦隨之遞減，然而鄰近沖模圓弧角之工件角度、回彈量，及蜷曲半徑則隨之遞增。由於數值分析均與實驗結果相符合，故本文之有限元素分析程式可有效預測U型精微彎曲成形與回彈分析。
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玻璃模造製程（GMP）在大量生產高精度光學元件，如球面及非球面玻璃透鏡及自由曲面光學元件，是非常具有前景的一項技術。然而，只有極少數的材料可以承受在玻璃模造成形時，產生的化學反應、機械應力及高溫等影響，而這類的模具材料大多是難加工的材料。致使要將這類的材料加工到次微米等級的形狀精度及奈米等級的表面粗糙度是相當困難且耗費成本。而在可選擇的材料為數不多的情形下，碳化鎢(WC)是目前業界最常應用於玻璃模造的模具材料之一。碳化鎢，是由碳化鎢與結合劑鈷燒結成的材料，為碳化鎢顆粒及鈷結合成的複合材料。鈷含量對於碳化鎢的機械性質扮演著很重要的角色。因此本研究的目的為探討不同鈷含量對於碳化鎢的磨削特性之影響。而本研究所選用的加工參數為主軸轉速、切削深度與進給，了解此加工條件對加工後表面所造成的影響。研究發現，較低的鈷含量其碳化鎢有著較高的硬度值及較佳的表面粗糙度(Ra)。在本研究中，鈷含量0%至3%的碳化鎢其表面粗糙度值可達到5nm，其結果優於鈷含量6%至13%的10nm。