虎尾科技大學機械與機電工程研究所學位論文
國立虎尾科技大學,正常發行
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本研究是藉由COMSOL多重物理量耦合分析軟體來建立一個二維的兩相流質子交換膜燃料電池模型。模擬的區域有陰極和陽極的氣體擴散層與觸媒層和質子交換膜。 此研究使用連續方程式和Brinkman方程，來描述反應氣體與生成物在氣體擴散層、觸媒層的流動情形和壓力分佈。並且在氣體擴散層與觸媒層考慮兩相（氣體、液體）的質傳和水飽和度。透過Maxwell-Stefan方程來計算反應氣體的生成與消耗。電位是利用電荷守恒方程求得。電化學反應則是使用Butler–Volmer來計算。 主要的研究目的為改變操作參數進行分析，並探討電流密度與功率密度和液態水飽和度之影響。 關鍵字：兩相流，質子交換膜，燃料電池
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本文主要目的在於規劃平行停車之路徑軌跡並整合成一自動停車系統模組，透過模組化之方式提供一配置簡單以及輕型化之設計。在環境偵測方面，車輛的定位及停車位之相對空間位置，藉由超音波雷達與紅外線雷達進行環境參數之收集，並以此判斷並生成無碰撞之移動路徑。在本論文所進行的實驗中，透過一四輪模型車，配合嵌入式微處理器(ARM 9)核心以及感測器來進行測試。控制介面使用ADS 1.2(ARM Developer Suite v1.2)所撰寫，透過CAN Bus傳輸介面來傳送控制指令以及接收車體回傳之資料，藉此來控制車輛移動行進動力及轉向控制。最後達成控制直流馬達之速度以及伺服機之轉向等動作，證明所產生路徑為可行的。
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傳統的光學儲存技術中是利用雷射光以物鏡聚焦在光碟片表面上，但是其所能儲存的容量有限，儲存的容量完全取決於光碟的有效儲存面積大小。利用彩色儲存資訊之技術來增加儲存容量乃是一新穎之概念，它是以色彩作為儲存資訊載具，在光譜儀讀取色彩後推導出原先色彩的設定值以達到讀取資訊的目的。本研究是利用彩色噴墨頭作為色彩寫製工具，並以穿透式光路搭配複合式透鏡產生一穿透光譜，再以光纖光譜儀作為讀取分析色彩工具以進行資料解碼。以目前3.6μm製程能力與兩色墨水實做驗證約可儲存8GB，在噴墨滴與聚光光斑達到2.40μm範圍與兩色墨水時，每片光碟即可儲存資料達18.5GB。
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目前線切割放電加工設備的加工自由度不足，無法加工具特殊角度或位置的工件，亦無法製造多樣化與複雜化之微小元件；依目前之加工方法，必須重新挾持工件再加工，或整合其他製程來完成工件，但因為整合多種製程方式，需要的成本也大幅提升；為了改善加工自由度的不足，提升線切割放電加工機的整體切割效率，本研究搜集並分析線放電加工機之專利與文獻資料，應用TRIZ創新理論的技術矛盾、物理矛盾、理想化設計等工具，進行創新方案設計，並擇一方案應用Solidworks電腦輔助設計軟體，建構線放電加工機創新構形。 為驗證創新方案的可行性，本研究根據座標轉換原理，推導創新方案的座標轉換矩陣，再推導出線電極與工件的單位向量，藉由座標轉換使線電極與工件的單位向量相等，即可求出兩個旋轉軸的旋轉角度，線電極的位置向量與加工物的位置向量相等，可以求出X、Y、Z軸所移動的距離。為驗證座標轉換公式推導的正確性，本研究將座標轉換計算所得的角度與距離參數，輸入Solidworks軟體，進行加工時的機構動態模擬。確定座標轉換公式推導與動態模擬的結果符合之後，本研究將線切割放電加工機創新構形，用鋁材、PE材料、線性馬達與減速馬達等零件進行雛形製作，利用保麗龍切割器熱熔原理，模擬線放電加工。本研究提出一系列方案，並且加以公式推導與模擬驗證，結果皆可改善加工自由度的不足，提升加工效率，以利後續做為工程應用或研究之參考依據。
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在本研究中，主要使用分子動力學的方法來研究，而本研究包含理論模擬與實驗兩部份。在理論模擬部份，以分子動力學建構系統的物理模型，在進行模擬自組裝分子膜與金基板利用熱浸筆微接觸轉印與微接觸摩擦，探討自組裝分子膜與金基板的吸附影響及在轉印過程中成形機制與變形效應特性。為了更進一步增加運算效率，而利用粗晶法的擬合勢能概念，建立不同粗細晶格與原子交互作用下的新勢能。在實驗部份，先製作微接觸所需的印模，並塗佈上自組裝分子膜來進行自組裝分子膜與金基板的微接觸壓印和微接觸摩擦實驗，藉由實驗探討微接觸壓印和微接觸摩擦過程之數據。在將理論與實驗作一比較，歸納出微接觸壓印和微接觸摩擦過程中的吸附特性、機械特性及力學特性之最佳化參數與界面作用之機制，以用於之後金基板與自組裝分子膜應用於高科技上之製程參數。
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近年來，由於全球市場激烈競爭，在縮短產品設計開發時間、降低生產成本與提升產品品質，對於產品快速製造占有重要的課題，且現今的零件產品，並非都能找到原設計圖，因此逆向工程技術(Reverse Engineering，RE)日益重視。 本研究以逆向工程技術為概念，並透過影像處理技術及幾何量測原理，發展一套採用影像擷取工件輪廓的方式，取代傳統接觸式的方法。本系統主要功能可分為即時量測模式及路徑模式，量測功能包括點、線、圓、角度、距離等，並可將量測工件尺寸產生數值控制(Numerical Control，NC)加工指令，且即時輸出給工具機進行複製加工使用，也可針對相同工件之尺寸進行快速量測，以便瑕疵檢測，達到工件加工精度與生產效率之提升。
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本文針對全框眼鏡及無框眼鏡鏡片研究使用雷射機台切割眼鏡鏡片的方法，因而提昇眼鏡鏡片研磨配製，並增加無框眼鏡造型設計的彈性。本文使用影像處理技術擷取鏡框內緣邊緣點，並將之轉換為鏡片切割的外廓軌跡，而控制雷射切割系統而執行鏡片外型切割。再者，本文亦建立一雷射切割深度與雷射切割功率、進給速度間關係的模型，以提供全框鏡片邊緣倒角切割、無框鏡片圓孔切割與logo標誌打印之用。此外，本文亦發展一鏡片夾持的裝置與方法，提供鏡片切割時精密定位與鏡片不同面切割時翻轉用。
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本研究主要在製作一圓筒式氫氧產生器，並測試其產氣特性與效能。本系統以Stanley Meyer的共振電解理論為基礎，採用兩不同直徑之不銹鋼圓筒，以同心圓形式排列，浸入水中，分別接以電源之正負極，再施以純直流電及直流脈衝電流形式，驅使水分子在兩極間電場之作用下裂解，有別於一般電解水產氫之研究，本文目標是將氫氣作為燃燒用途，故不將氫氣與氧氣分離，而是產生氫氧混合氣。此具有當量混合比之混合氣簡稱氫氧或布朗氣體。本實驗紀錄於不同輸入電源形式下之耗水量與電流變化，再加以計算電流密度及其產氣量，並估計其法拉第效率及能量轉換效率。使用脈衝訊號輸入時，改變不同的脈衝頻率，並試圖找出金屬筒自然頻率對於其性能的影響。 實驗結果顯示其能源轉換效率及法拉第效率會隨電源電壓之降低而增加，然而其電流密度與產氫量反而隨之降低。此外當脈衝頻率為30和35 Hz時，其能源轉換效率及產氫量皆有較好的表現，而此氫氧產生器的自然頻率也落在此頻率範圍，因此值得進一步探討此自然頻率與系統效能之關係。
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近年來，微流體系統有朝著分析化學與生命科學發展的趨勢，而生物晶片在學術界及產業界引起廣泛注意，根據不同需求，把大量特定生物材料利用極精密的技術，有次序地放置在一片以玻璃、矽、塑膠或其他高分子聚合物為材質製造的生物晶片上，可用於各種生化實驗檢測及相關用途。與傳統的生物技術相較，生物晶片分析速度快、使用的樣品檢體與試劑量少，並可大量進行多種樣品之操作。 ELISA是目前最廣泛使用的免疫檢測和定量的生物試驗的方法(主要是蛋白質和氨基化合物)。在發展的過程中最具挑戰的是對不同的生物試劑控制流序。為了防止不均勻我們設計出一個緩衝的微流道分歧結構，它擁有流線的徑向方向後，才進入分歧流道。本文探討CD-ELISA的微流道分歧中，所能影響分歧比的因素。使用comsol軟體作數值模擬，以繪圖軟體建構微流道的分歧構造，經由不同寬度、角度及分歧形狀的改變，再來探討分歧後比例上所產生的影響，研究結果可得出角度、寬度及形狀對分歧後的比例影響。
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本論文利用實數編碼基因演算法，探討六軸機械臂系統的逆運動學議題。主要的研究針對兩組六軸機械臂系統特定方位端點，以特定方位通過空間特定路徑時，計算各軸所需配合點對點路徑驅動的參數規劃演算。 為了模擬六軸機械臂系統在路徑規劃過程，各軸的運動情形。本研究結合 AutoDesk Inventor 與 Java OpenGL (JOGL)技術，建構一套網際六軸機械臂模擬系統。此一模擬系統可以讓使用者利用瀏覽器輸入六軸機械臂端點所需通過的空間路徑點位置與方位，接著以後端運算的流程進行六軸機械臂系統的逆運動分析。完成運算後，系統會透過電子郵件通知使用者，以瀏覽器檢視模擬結果。 本研究所完成的網際六軸機械臂協同模擬系統，允許使用者自行替換機械臂的零組件，所有系統的零組件都以 STL 文字檔格式，登錄在資料庫系統，使用者可以自行呼叫，組成客製化的六軸機械臂系統，然後進行後續的逆運動學分析模擬。 為了驗證本系統的使用，本研究利用兩組分別由轉動軸及滑動軸所組成的機械臂系統，各模擬三種案例。經由實數編碼基因演算法，最小化手臂端點路徑誤差所得結果，證明各關鍵點皆能準確通過空間路徑曲線。 本研究初步利用曲線擬合(curve fitting)串接各軸參數關鍵點後，組合驅動機械臂系統特定方位端點所得模擬路徑與實際路徑比對，在增加關鍵點數後，可以得到越準確的結果，也指出本研究在實際應用上的發展方向。