淡江大學機械與機電工程學系碩士班學位論文
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本文將介紹一應用於壓阻式壓力感測器之新型晶片等級封裝方式（wafer level package, WLP），主要是利用高分子矽膠材料聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS），取代傳統的Pyrex #7740玻璃作為壓力感測器中，壓力薄膜下方空腔結構（pressure cavity）的密封材。使用聚二甲基矽氧烷作為封裝材料有許多優點，第一，聚二甲基矽氧烷表面經過氧氣電漿處理後，其親水性的表面與許多微機電製程材料，如矽、氧化矽、氮化矽等都有非常良好的鍵合效果，且其封裝過程皆為室溫製程。第二，其本身成本比其它矽質材料便宜許多。第三，其封裝製程時間僅需半小時，比起其它傳統封裝製程要來的快速。本文利用此新封裝材料與製程，製作PDMS新型封裝之壓阻式微型壓力感測器，300psi下之壓力測試結果初步驗證了輸出靈敏度與氣密性之要求。
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本研究利用Fluent軟體模擬分析直線邊界和曲面邊界微噴嘴/擴大器的流力特性與比較其性能。 結果顯示，微噴嘴和擴大器的壓損係數( ξ )會隨著雷諾數的增加而減小，但壓損係數比( η )反而會隨著雷諾數的增加而增大；而在相同的雷諾數下，擴大器的壓損係數會低於噴嘴的壓損係數。 計算各種不同外型微噴嘴/擴大器壓損係數之模擬值，再與文獻中之解析值與實驗值比較，結果顯示，邊界為曲面形貌(5/3次方)之微噴嘴/擴大器雖然具有較高之壓損係數，但是擁有比直線邊界較高之壓損係數比，因此能夠獲得較高之驅動流量有效提高微型噴嘴/擴大器之效率，且模擬值和實驗值亦可符合解析值。對於未來於無閥幫浦之設計與應用，可提供一明確之參考依據。
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本研究旨在利用數值方法分析蒸汽腔體的溫度梯度。文中利用拉普拉斯方程式(Laplace equation)定義上下板塊；運用連續方程式、動量方程式、與能量方程式定義蒸汽腔室，並配合熱傳導與熱對流理論設定邊界條件。數值運算方面則使用有限元素分析軟體ANSYS 9.0來模擬解析。模擬的蒸汽腔體尺寸大小為4cm×0.2cm的二維數值分析模型，工作流體假設為過熱蒸汽，解析其不同板塊材質與加熱面積的溫度分佈。 分析中比較銅、鋁、矽三種不同材質板塊的蒸汽腔體，結果顯示熱傳導係數越大的材質，可得到更為均勻的溫度分佈；而在同熱量不同加熱面積的比較中，因加熱面積小造成熱量集中，溫度分佈較不均勻。在散熱面的溫度分佈上可觀察到，蒸汽腔體除了能用於帶走熱量，作為熱傳遞的媒介之外，還能有效地將熱量均勻帶至散熱面，藉由散熱模組散熱，提高散熱效益。
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微流道二相對流熱傳可應用於許多領域如電子冷卻等，本研究探討微流道內之蒸發現象與毛細驅動熱，利用濕蝕刻技術於(110)矽晶片上製作長75mm，流力直徑100μm ~ 250μm之矩形流道，搭配成不同流力直徑尺寸之微流道試片，量測其在不同加熱功率以及工作角度下之流體蒸發率與試片溫度，並計算比較整體熱阻之差異。 經由實驗結果顯示出，當加熱功率亦即熱傳量增加之時，蒸發率會隨之升高而熱阻則隨之降低；在微流道尺寸差異所造成的影響則是得到較小之流力直徑尺寸設計同樣會使蒸發率上升與熱阻下降，另一方面本實驗也針對傾斜角度加以觀察並進行探討。實驗的結果與毛細力及毛細壓差的基礎理論趨勢吻合，也驗證了微流道流力直徑之尺寸設計與工作流體之接觸角是毛細驅動的重要指標。
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本研究依據RoboCup小型機器人足球比賽的規格，設計一套全方位移動機器人系統，包含了機器人機構設計、驅動電路設計、與機器人的運動控制器設計。首先，針對近幾年本實驗室所設計的機器人做機構上的改良設計，包含持球機構與射門機構，以及新車體的設計。其次，針對近幾年機器人驅動機構的趨勢，設計全方位移動機器人。並且推導全方位移動機器人的動態方程式，用以設計機器人運動控制器。最後，以8051設計機器人的驅動電路板。整合的系統在RoboCup規格的球場上進行機器人測試，結果顯示符合預期的設計功能。
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本文採用Hill的異向性降伏理論及Updated Lagrangian Formulation (ULF)的觀念，建立一增量型彈塑性大變形三維有限元素分析程式，以模擬方杯深引伸成形製程。由於流線法在預測初始料片輪廓曲線時，並未考慮沖頭底部圓弧角，因此在方杯引伸貫穿成形後，方杯的實際杯高將會高於所給定的設定杯高。因此本文利用流線法及其補正公式預測固定杯高之初始料片外形，根據不同杯高的假設來預測各料片之初始輪廓，再進行方杯深引伸成形分析，進而判斷出方杯深引伸成形極限之最佳化初始料片之輪廓曲線。 本文並設計一組方形模具，進行方杯深引伸成形實驗，以探討方杯深引伸之杯高之分佈、厚度變化情形與破裂情況，進而得到方杯深引伸成形最佳化料片之成形極限，此數值分析所得之結果均可合理的預測實驗成果。 經由數值分析與實驗結果比較得知，固定杯高47.5mm的初始料片外形是方杯深引伸貫穿達成形極限之最佳化料片，並且與圓形料片經直接貫穿成形後之方杯在外形上做比較，經流線法及補正公式計算之方杯在平行邊處較為平整，而圓形料片其方杯平行邊之中點附近仍為曲線外形，可知由流線法及補正公式所預測之料片經深引伸成形後之工件具有較佳的外形。最後利用極限引伸比(LDR)之定義可知，其極限引伸比為2.56。
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本研究發展兩輪驅動機器人系統，機器人動態控制方面，將推導機器人車輪架構的運動拘束，並利用Lagrange形式推導動態方程式，以得到兩輪機器人的非完整拘束動態方程式。進而使用座標轉換方式進行動態方程式的狀態迴授控制。實作方面實現包括機器人的機構、影像擷取與處理、無線通訊、運動控制等。本研究所設計的機器人依據RoboCupSoccer中型機器人組的規格，在不需任何外援情況下，可以在未知環境下自主運作。機器人的迴授則利用全方位影像，使機器人自行辨識所處的環境狀況。
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本研究的目的是設計偏光片貼附機在更換LCD尺寸的自動對位與誤差補償之模糊控制器，研究中，以CCD攝影機擷取液晶玻璃貼片範圍影像的位置誤差量，及位置誤差變化量，作為模糊控制器的輸入，依據貼片對位的經驗來建立模糊歸屬函數，透過模糊規則庫的選擇，利用模糊控制法則，來計算偏光片貼附機中液晶承載平台自動定位所需移動的位移量或微步進馬達之旋轉步數，以此移動步數作為模糊控制器的輸出，再以機器視覺技術作為回授，藉著模糊控制器的判斷與分析，快速且正確地對位及自動貼片。應用此模糊控制理論的液晶玻璃偏光片貼附機，使得更換LCD尺寸時的校正定位過程，從原本需要花費一小時縮短到只要十分鐘的時間，確實提升了生產效率，對於操作的工程人員提供了更精準及方便的定位方式，使用CCD攝影機做影像擷取與處理，對於誤差量的測量數據，就能建立一個可供依循的資料庫，不但無需操作人員的目視檢測，也不需要在更換不同尺寸的液晶玻璃時做定位平台的人工調整，將產能與良率都大大的提升。
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本文採用動態顯函有限元素法，結合材料彈塑性理論，發展出一套增量型彈塑性大變形之三維顯性動態有限元素分析程式，並利用九節點元素來定義模具外形，亦發展出彈性棒元素來處理料片與模具之接觸問題，將此彈性棒與三維實體元素偶合後，進行金屬板材圓杯拉伸成形製程之分析，並探討圓杯拉伸成形之沖頭負荷與衝程之關係、厚度分佈、變形歷程、成形極限，及探討位移增量、彈性棒面積和質量密度於動態顯函解法上之影響，其目的是為了瞭解料片在拉伸過程中，不同條件對工件成形性之影響與變形行為。 本文設計一組含引伸扣緣之圓柱形沖模來進行圓杯拉伸成形實驗，以探討圓杯拉伸成形之破裂情況與厚度變化情形，進而得到圓杯拉伸成形極限。經數值分析與實驗結果比較得知，在拉伸過程中，其料片之圓弧轉角會受到最大拉伸應力，此拉伸應力會使得圓弧轉角的厚度明顯的薄化。數值分析之結果皆可合理的模擬實驗結果，故本動態顯函有限元素分析程式可合理的模擬圓杯拉伸成形製程。
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本研究利用灰色理論建立一套智慧型撞球機器人之防守策略機制，將母球及目標子球撞至對手不易進球之相對位置，即撞球術語中之「安全球」，使撞球機器人能反「守」為「攻」，因而贏得球局。 首先以CCD擷取球檯影像，經由影像辨識，搜尋並計算球檯上各球及球袋中心之位置，再以影像處理技術與所設計的VB介面程式，預測出母球經不同撞擊方式碰撞目標球後的幾何關係，並計算母球與撞擊點距離、目標球與球袋中心距離、擊球角度等幾何資料，作為灰色理論之決策條件，而且加入障礙球之偵測，特別針對具有障礙球的情況以不同之防守策略來增加對手進球難度，然後決定最不利於對手進球之預測位置，再以此位置反向推論撞球機器人之打擊方式，驅動撞球機器人打擊，完成防守動作。經實驗結果得知，撞擊後母球與目標球確實能達到不利對手進球之相對位置。且當有障礙球時，也能利用障礙球來增加對手進球的難度，成功驗證灰色理論在防守決策之應用，提高撞球機器人於球局判斷之能力，朝向贏球之目標。