臺北科技大學機電整合研究所學位論文
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人工髓核置換術為治療退化性椎間盤疾病較新的手術技術，但因受限於手術操作空間與植體的力學特性，人工髓核以水膠式最為廣泛使用。人工髓核置換術能有效舒緩病患疼痛，並恢復術處椎間盤之生物力學表現。但長期的臨床追蹤指出，該手術後的併發症仍具有高發生率，顯示目前人工髓核的設計仍有改良空間。瞭解人工髓核的功能性有助於評估其臨床適用性。在ASTM F2789-10中，已針對水膠式人工髓核功能性進行測試規範的草擬，包含提升力與潛變試驗。故本研究之主要目的，即為參考該規範草案，開發出一套能夠有效測試人工髓核功能性之實驗裝置。本研究將利用自製的水膠試片評估該實驗裝置之功能與實驗流程的適當性。此外，本研究使用雙相線性數學模型進行水膠材料參數之擬合，進而獲得試片的材料參數，包含聚合模數與液體滲透度。 本研究結果中測得水膠試片含水量為79%，膨脹倍率為4.8倍。在無拘束性的提升力測試中，水膠產生之最大提升力為5.68±0.65N。在拘束性的潛變測試中，當水膠承受0.16 MPa負載96小時後，其高度減少量為4.8±0.17 mm；而其聚合模數為0.18±0.01 MPa，以及液體滲透度為3.03±0.27×10-15 m4/Ns。 本研究裝置成功測試水膠試片之提升力和潛變下的材料參數。人工髓核提升力數值即代表植體於椎間盤中抵抗外力的能力，但過大的提升力可能使得植體與軟骨終板間有著不當的接觸行為與負載，經長期植入後則可能提高植體下沉之風險。人工髓核在潛變下的高度減少量能用於評估植體長時間承受固定負載時的高度改變，而聚合模數與液體滲透度則可用於評估植體的強度與材料內液體流動的情形。本研究已成功開發水膠式人工髓核功能性之試驗裝置，並建立其完整試驗流程，希冀未來能提供水膠式人工髓核功能性之量測，作為該植體設計與開發的有效工具與參考指標。
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本研究提出一種以低功耗藍芽4.0無線通訊技術(Bluetooth Low Energy)為基底之技術，應用於漏血偵測警告器、呼吸中止警告裝置、藍芽運動手環三個子系統。漏血偵測警告器為一種手環裝置，利用防水貼布結合偵測漏血導線連結藍芽4.0，組成此裝置電路，可應用於洗腎患者在血液透析時防止血液漏出造成生命危險，並透過藍芽無線傳輸可即時將警告訊息傳送給醫護站，讓醫護人員得以即刻做出適當的處理。奈米多壁碳管設計呼吸感測器應用，特製外殼、頭戴針對喉、鼻部開口患者即時監測呼吸量，利用藍芽4.0低功耗特性，長期監測患者呼吸狀況，以減少醫護人員之負擔。本研究所發展藍芽低功耗穿戴式感測器之技術，可藉由智慧型手機、平板電腦等行動裝置配合藍芽訊號傳輸資料，再將其利用Wi-Fi、3G網路上傳至雲端資料庫紀錄、分析，本論文自製藍芽模組以設計定位、導航手環替代手機、平板電腦等行動裝置，進一步延伸開發藍芽手環應用於賽事計時或室內導航，並加上三軸加速度計以反應運動者之運動強度、軌跡等資訊；另一方面，以上三個系統雖各別獨立運作，但在未來加以整合，將會具備智慧物聯網的最大互通優勢，實踐健康、安全、節能、科技、智慧等面向整合的優質生活。
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本研究為利用球化技術將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)與氮化硼(h-BN)等初始粉體，製備成球型氮化硼複合粉體並將所製備的球型氮化硼複合粉體以3 wt%及10 wt%的添加比例添入市售之BB霜中，製備成具有防曬與涼感效果的氮化硼複合BB霜。本實驗亦同時亦將原始的氮化硼粉體，依相同的添加比與製備方式製備氮化硼複合BB霜以共同比較其特性。 本研究的檢測分為兩個階段，第一階段為對粉體的部分進行檢測，包含了粉體表面與斷面做掃描式電子顯微鏡的觀測、粒徑分析、比表面積分析與吸油度以及進行穿透式吸收的光學檢測。而第二階段為將氮化硼複合粉體添加至BB霜中，製備出氮化硼複合BB霜，做防曬係數測試、紫外 - 可見光穿透式的光學檢測、熱傳導率的測量以及塗抹於人體的塗佈性比較。 實驗結果顯示，以PMMA與h-BN所製成的球型複合粉體有最佳的吸油性259 g/100 g且粉體於紫外光UVB、UVA波段部分的吸收性最好；而在添加量為10 wt%的添加比例時於紫外光波段UVB的遮蔽性與熱傳導率以及體感塗抹的不油膩表現上皆優於未經球化之h-BN所製備之BB霜。
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本研究設計是為了幫助使用輪椅的高齡族群解決爬樓梯的問題，希望以簡單的連桿組機構設計，以馬達驅動，並在看護的簡單操作協助下，能以座椅保持平衡情況下，安全地攀爬樓梯。 本研究參照「內政部營建署」的樓梯尺寸規範來作為機構設計的限制條件，考慮到製造容易和操作簡單，本研究以純連桿和單一輸入進行設計。此創新設計的爬梯機構為五連桿組，其機構自由度為1。此爬梯機設計已透過Solidworks軟體進行設計、干涉檢驗、動態模擬及分析，初步證實其可行性。
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本研究以Lagrange 能量法推導滾珠型自動平衡裝置之運動方程式並探討該 裝置在穩態下之動態特性，藉由系統無因次化與離心功之觀念加以瞭解此系統 之物理意義。本研究以系統消散能量與系統外力為本論文兩大研究指標，藉由 兩項參數的改變可以得知質量的改變與加入系統外力有助於系統殘餘振動量的 下降，且可以得知滾珠於乘載盤裡的移動情形。本論文也針對滾珠數目與大小 滾珠之質量做一研究目標，其結果可以得知系統在穩態時，滾珠會平均分配在 滾珠乘載盤內，而大小滾珠則會因大質量之滾珠滾到偏心量之相反側或同側而 對振動量產生影響，另外本論文模擬結果指出單滾珠系統在滾珠質量0.6061g 時將可大幅降低系統殘餘振動量，綜合以上幾點可對於未來針對需裝設平衡裝 置之轉子機械進行減振設計之參考。
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二重反轉風扇在伺服機中則是不可或缺的散熱工具，但隨著CPU 的速度越來越快，以及產品的設計越來越朝向輕薄短小，因此風扇產品在散熱品質上也必須有高度的要求，然而在有限空間的限制下，為了要讓風扇符合高效率、高轉速及低噪音的標準，扇葉的整體結構自然變的複雜，使得加工生產上所造成的加工問題也隨之複雜化，因此在風扇葉片的開發過程中，葉片必須經過多次的設計變更、加工與測試，來確保所生產的風扇是散熱佳、低噪音、且震動小，因此本研究設計出一套有效率之快速開發系統。 使用者輸入要求之靜壓、流量及其他參數後，可由本論文程式快速設計二重反轉風扇，且經由驗證後此程式計算出葉片參數為符合理想。於設計時可使用任意形狀之翼形，經由程式計算出其升力系數與攻角間關係，藉由改變攻角使葉片上靜壓相等，較不會產生渦流減少能量損失。NACA法可適用於小軸流風扇，經驗法適用於大軸流風扇，當比轉速小於500時，可採用經驗曲線來快速設計風扇，此設計方法可一次比較多種風扇，從中選取效率較佳者進行設計。
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本文將電動汽車視為一種待發展之新產品，利用商品企劃七工具之系統思考方式進行實證研究，瞭解消費者對於理想中的電動汽車之需求與偏好，並進一步獲得電動汽車新的定位方向，以使電動汽車推動達到普及性，整體研究流程包含「訪談調查」、「意見調查」、「定位分析」、「創意發想」、「創意選擇」以及「聯合分析」等。在訪談調查中，依據受訪者給予之意見彙整出21項評價項目，利用意見調查蒐集資料分析，得到「充電便捷與續航力」與「行銷與售後服務」兩項關鍵因素，接著以創意發想與創意選擇，發想出具有創意且符合消費者心中潛在需求之構想，篩選出六個創意作為聯合卡問卷，最後進行聯合分析找出消費者之偏好組合。研究結果顯示，電動汽車欲達到普及性，以消費者觀點之關鍵六項創意為：「電池自行換裝容易」、「電池具有無線充電功能」、「加油站旁附設充電站」、「舉辦降價活動與打折優惠方案」、「電池採用租用方式」以及「透過網路，有服務人員立即提供諮詢的服務」等。電動汽車屬性重要程度依序為「設計使用通用性」＞「充電功能整合性」＞「行銷服務多樣性」；最佳企劃順序為「電池採用租用方式」、「加油站旁附設充電站」以及「透過網路，有服務人員立即提供諮詢的服務」等，透過本文研究成果，可供國內相關部會、機構以及電動汽車產業界，作為重要參考資訊。
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台灣的洗腎人口密度位居世界之冠，大多數的患者都採用血液透析的治療方式來洗腎。 血液透析的整個療程時間約耗費三至四小時之久，患者在這血液透析療程中，可能因為手部的移動動作造成動靜脈廔管脫落而使血液流出，進而有危及患者生命之虞。 本研究為設計一種漏血監測的手環裝置，利用光遮斷器並結合藍牙4.0無線傳輸的功能，組成此裝置電路。 經實驗證實，僅需極少量0.01毫升的血液及花費1.6秒，即可使該裝置感測到有漏血的狀況，能快速的發揮監測作用。 另外，該裝置的電池壽命更超越目前已知的市售產品，連續發出漏血訊號時間，可達18小時，且連續監測時間則可長達41小時。 在無線傳輸訊號的距離部分，可達23公尺。 患者只要在進行血液透析時戴上此漏血監測的手環裝置，並將吸附材料貼於患者的廔管接合處。 當發生漏血時，吸附材料會吸附漏出的血液，因毛細作用的擴散，使血液分佈在吸附材料上。 由於吸附材料是放置在光遮斷器的感測位置，導致光遮斷器的接收訊號改變而判斷有漏血的狀況，隨即會發出聲響與警示燈，並透過藍牙無線傳送警示訊息給醫護站，讓醫護人員得以即刻做出適當的處理，防範患者在血液透析的療程中發生不可逆之情事。 希望藉由本研究達到改善當前的醫療方式，並對血液透析的治療患者有所貢獻。
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氧化鋅(ZnO)屬於六方晶系中之纖鋅礦結構(Wurtzite)，由於此種結構對稱，且沒有對稱中心，具有良好的壓電特性，除此之外還具備半導體的性質，使得近年來一些研究，將氧化鋅奈米線應用在奈米發電裝置。本研究利用具有奈米孔洞之陽極氧化鋁(Anodic aluminum oxide，AAO)作為模板，以高真空壓鑄法將熔融之鋅金屬鑄入陣列且規則性排列的奈米孔洞中，製備深寬比達600以上之陣列式鋅(Zn)金屬奈米線，經退火處理可得陣列式氧化鋅(ZnO)奈米線。改變陽極處理時間，得到厚度分別約為50 μm、60 μm、70 μm之陽極氧化鋁模板而製備出具有高深寬比以及長度差異性較大之三種長度的奈米線，探討奈米線的機械性質以及壓電特性。奈米線之表面形貌、晶體結構及性質分析以掃瞄式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)、X光繞射分析儀(X-ray Diffractometer, XRD) 、原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)檢測。在Conductive-AFM的壓電特性測試，實驗結果顯示奈米線的長度越長，所量測到的壓電電流越大，陽極處理7小時的氧化鋁模板所製備出的氧化鋅奈米線所產生之壓電電流最大，可達到69 pA。
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本文提出一種裝置簡單又能夠有效省力之自行車的可變長度曲柄構想設計，其曲柄長度乃是依循省力的踩踏軌跡而得，而此軌跡是配合考量腿部出力而經由計算所得，為求方便設計與製造而以近似方式擬合出橢圓曲線，並利用橢圓規機構產生此橢圓軌跡，以達到所需的省力要求。此新型構想設計對於騎士在騎乘時的驅動力矩大小，已與傳統的固定曲柄長度比較而驗證其省力效果。 此設計已在Solidworks軟體中進行實體設計，並利用此軟體提供的功能進行應力分析與動態模擬，初步證實其可行性。