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利用TRIZ方法於機電實習-工業配線教學改善之成效研究

TRIZ過去一直是運用在工程上解決衝突的方法，教育領域顯少有實際應用及研究。本研究利用心智圖對課程進行分析與探討， 再利用TRIZ方法於工業配線之教學改善。方式為：首先透過文獻探討建構理論基礎，利用心智圖發散式思考方法，巨觀整個教學方法，再利用ARIZ–85，找出解決教學問題方法–設計教學方案，從學科及術科測試，分析是否達到機械電學實習教學綱要教學目標，讓高職機械群達到機械電學實習教學綱要之教學目標，建構學生未來專題製作電學基礎能力。 本研究以國立三重商工板金科與模具科學生為研究對象，實施新教學方案，進行十週教學活動，每週三小時教學，共三十堂課。 本研究主要成果： 1、利用心智圖發散思考，分析課程內容。 2、TRIZ方法可以運用於工業配線教學，找出解決教學問題方法。 3、對於學科成績有顯著影響。 4、對於術科成績無明顯改變。

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應力作用對塑膠射出模具之位移研究

3C塑膠產品的零件尺寸要求越來越嚴謹，除了模具的加工精度之外，模具位移(變形)也會影響塑膠零件的最後尺寸。本研究以模具構造為二板模，成型空間布置為一模兩穴的模具為分析案例。首先利用Moldflow CAE軟體分析射出成形過程之模內壓力分佈及溫度分佈，再將此分析結果載入ANSYS軟體之熱-結構耦合場作為邊界條件。論文研究架構：(a)在射出成型過程中，分別針對結構應力及熱-結構應力對模具所產生的位移作分析；(b)比較不同的模具材料之模內位移及模板位移；(c)應用田口實驗方法與變異數分析，探討射出成型參數對模具位移量的影響，並找出最佳化的製程參數。 研究結果顯示，僅單獨考慮模板結構所造成的結構應力時，其產生的位移非常小且幾乎微不足道；若加入熱結構應力的因素，則產生的位移就會大到不能忽視的程度；因此在實際的模具變形分析必須考慮熱-結構耦合場的情況。由田口方法分析得知，對模具位移影響重要的重要性因子分別為模具溫度、模具間隔塊的距離、模板厚度和模內壓力。比較模具位移量的差異，原始設計為0.062 mm，最佳化後的製程設計所造成之位移量則為0.053 mm，顯示應用田口實驗方法能夠最佳化製程參數組合以及降低模板位移量。

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一種支持體重之行走輔具的機構概念設計

本文提出一種支持體重之行走輔具的機構概念設計，主要目的是提供使用者在行走與蹲下時給予適當的輔助支撐力，分擔一部分人體的重量，以減少腿部肌肉與關節的負載（例如：臀部，膝蓋，腳祼等）。此設計不僅適用於殘障人士或關節退化的人，正常人也可使用。本研究依據實際的步態與蹲下運動擷取膝關節與踝關節的軌跡，並利用SolidWorks軟體所提供的限制條件功能，進行所需連桿機構的尺寸合成。本研究最終設計是各於膝關節與踝關節的軌跡上採用九個精準點合成，因此合成機構之腿部運動軌跡與人體腿部運動軌跡相當接近，所以使用者於步態運動時，機構會隨著腿部移動而不會與人體腿部干涉，也不會妨礙腿部移動之範圍。此行走輔具的機構是由七連桿八接頭所構成，為兩個自由度的機構，其中一個自由度是由感測器來控制機構內的馬達，並根據大腿與小腿之間的角度來調整輔助作用力；另一個自由度則由使用者控制，以達到能夠自然的行走。使用者體重直接作用在機構內的坐墊上，透過機構的作用而承受全部或部份人體重量負載。此行走輔助器是以SolidWorks軟體設計，並進行模擬、分析與檢驗，以確認設計的正確性。

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應用虛擬實境於自動停車系統模擬器之開發

本論文的目的，在於建立一個擬真的汽車駕駛模擬環境並利用此環境研究自動停車之行為。研究的內容將建立虛擬實境(Virtual Reality)的場景，針對虛擬物件作動態編輯，模擬真實的車輛動態情況，並結合方向盤實現力回饋的輸入與輸出控制，以達到接近真實的汽車駕駛模擬。本研究在虛擬實境中加入了10組虛擬超音波防撞雷達感測器用來感測自車與路邊停放車輛間的距離，並運用路徑規畫法設計出最佳停車路徑，在虛擬世界中實現真實的自動停車系統。方法上以3D繪圖軟體來設計虛擬實境的場景及車輛物件，並將物件匯入虛擬實境軟體中，接著進行場景之編輯並賦予物件行為與動作。為強化模擬實車控制的效果，本研究加入真實方向盤與油門回饋控制，將虛擬世界中車輛的轉向角、車頭角與各種車體移動資訊輸出，藉由dsPIC控制器與硬體連結，達成虛擬的車輛與實際的方向盤、油門動態同步，實現擬真的自動停車系統。

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創新技術商品化影響因素之研究-以基板內藏被動元件產業為例

國內由晶圓代工帶動的封裝、印刷電路板、材料、模組及通訊、資訊產品等上、中、下游產業經過一、二十年的發展已很完整，但隨著競爭及產業成熟技術外移，為產業技術升級根留台灣，發展先進的系統級構裝(SiP，System in Package)技術是可與大陸區隔並保有技術領先優勢的方向。 本研究以基板內藏被動元件產業為例，以相關之原材料產業、電路板產業、封裝產業、系統模組應用產業等領域之高階主管或資深工程師為研究對象，採用「德菲法」專家意見調查研究法，瞭解國內基板內藏被動元件產業相關業者，決定投入或尚未投入此技術領域量產之相關影響因素，並作為未來研發機構投入創新技術研發之規劃依據。 研究結果發現「技術發展與成熟度」方面，技術發展趨勢與上、中、下游產業供應鏈及人才、設計環境；「技術產業鏈與市場」方面，穩定的材料及製程技術與第二供應商來源、先有下游應用環境及產品需求、上(下)游客戶先採用、市場需求確定；「競爭技術與成本」方面，技術主流、有技術或功能與智財權的競爭優勢、降低成本；「商品化策略與智慧財產權」方面，創新技術必須在短期內接單量產、專利是否侵權、自有的專利群組及保護之地域等皆是影響廠商導入量產的因素。

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應用一矽彈簧片於外腔雷射系統在原子物理領域的應用

外腔式半導體雷射(External Cavity Diode Laser, ECDL)系統具有體積小、構造簡單穩定、幾乎是隨開即用、不須時常調校、高能源效率、以及維護費用低廉等優點。這種雷射系統已被廣泛應用於原子物理實驗中，例如雷射冷卻、原子氣體之玻色-愛因斯坦凝聚等[1-2]。目前外腔雷射大部分皆為Littrow或是Littman的結構[3-4]。然而，此類系統之光柵轉動機制需要特別講究始能達到大範圍無跳模掃頻，且光柵機構重量大造成掃頻速率遲緩。此外Littrow結構雷射，掃頻時將造成雷射束方向改變。而在原子物理系統的應用推廣上，例如”縮小及可攜式玻色-愛因斯坦凝聚系統”，此類型雷射系統的體積仍嫌龐大。藉由微機電製程的發展，本論文中使用了矽彈簧元件與體積全像光柵(VHG)製造穿透式光柵之外腔雷射系統，縮小了雷射系統的體積與重量(體積為26.3×20×20 mm3)。使用穿透式光柵，在掃頻時亦不會改變雷射出射方向。同時本系統藉由矽彈簧元件取代了一般撓性元件，可進一步提升其雷射系統本身的剛性以及提高雷射穩定性為目標。

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結合CMOS-MEMS與化鎳浸金製程設計射頻開關與可變電感

研究依照國家晶片系統設計中心( National Chip Implementation Center，CIC )之製程規範作為設計之準則，並採用台積電TSMC 0.18μm 1P6M COMS-MEMS共用製程設計一個具備體積小、製作容易、低損耗(Low Insertion Loss)以及高隔離度(High Isolation)的射頻微機電開關，動作原理為利用靜電吸引力的方式來驅動懸臂樑，使懸臂樑前端接觸點與傳輸線相互接觸，達到切換之目的，懸臂樑前端金屬接觸點利用SiO 2來隔絕直流操作電壓與傳輸線的高頻訊號，並且結合局部化鎳浸金製程將金鍍於金屬接觸點上，除了有效防止金屬接觸點氧化，也降低了傳輸線的插入損失。

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低雜訊電容讀取電路應用於MEMS壓力計元件之研究

本論文提出一種利用MEMS壓力計感測元件，將測得之訊號直接傳入相連的CMOS訊號處理單元中，此訊號處理單元可為電容量測單元，因此能夠直接量測、判斷所測得的極微小電容(femto level)訊號變化。後階段可利用MEMS壓力計陣列形式，以提高不同的壓力感測範圍，以發揮電容感測器的辨識能力，實現可穿戴式（Wearable）或植入式(implantable)單晶片（SoC）的目的。 由於MEMS壓力計在感測壓力時，電容訊號變化大部分為1~200fF等級，利用訊號讀取電路做偵測，再利用公式推算出微結構的初始電容值和電容變化值。於電容訊號感測方面，本研究利用積分器將感測電容變化訊號轉換成電壓訊號，再藉由切換電容式電路作為訊號放大及讀出電路。經由全差分設計的結構，提供了一個良好的雜訊抑制能力。放大器偏移電壓可以經由相關雙取樣技術給消除掉。本系統以TSMC 0.35 μm 2P4M製程來設計感測晶片，晶片面積為1.796*1.8142mm,工作電壓採用3.0V，以33kHz作為CMOS開關工作頻率、輸入1 kHz載波測試，可以感測範圍約數十fF~數百fF之電容值。因此本研究系統確實可有效感測到微量電容變化量。

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以速度控制軸向運動之摩擦力補償設計

在驅動伺服機構中會有摩擦力的存在，摩擦力往往造成系統不良影響。而這些摩擦力的影響，可以經由摩擦力數學模型的補償來減少，這種方法在電腦數值工具機的運動控制設計裡很常見。通常前饋摩擦補償結構的補償值大小都是藉由已知的速度命令、位置命令再經過摩擦力模型的計算而來。然而，對於某些用速度控制的伺服馬達組的軸向驅動伺服機構，一般的摩擦力的扭矩補償結構不能直接減少那些因摩擦所產生不良的運動結果。因此，需要設計一個新的以速度為基礎的摩擦補償結構與一個適用的摩擦力模型，才能在一定的範圍裡克服因摩擦所造成的不良影響。在補償結構，開發一個由附加速度指令產生的一個前置過濾器，而且還可以透過微調前置過濾器的參數，來減少運動誤差。在一台軸向驅動運動平台做試驗，來說明摩擦補償方法是可行的。從實驗結果我們能得知，此摩擦力補償方法補償前後位置誤差的RMS改善率有4.77%，補償前後位置誤差最大值改善率有12.16%。

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經濟型移動式機器人之取物操作設計

本研究使用低成本感測器做取物任務，並利用DSP板來使得這些構想可以實現，本實驗在機構上是採用前面驅動輪做動，後方轉向機轉向，並運用了加速度計跟紅外線距離感測器，加上低通濾波器的運用，使得最終達成取物機器人的取物任務。逆向運動學的推導使得各個馬達可以協調運作，而利用順向運動學的推導得出機器人的實際位置值。時程表的規劃在本實驗中可以很清楚看出整個系統的實驗控制流程，在外部感測器的運作中，由紅外線距離感測器來決定移動平臺是否要停止運作並切換成機械手臂運作，以及決定機械手臂跟移動平臺下一個動作跟位置，加速度計的應用使得手爪跟平臺之間能保持相對平行，讓手爪上的紅外線距離感測器可以保持水平量測。利用馬達帶動感測器的方法來達成全方位鏡頭以及雷射測距儀一樣的取物偵測任務，讓本取物機器人可以達成設下的實驗目標。