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陶瓷工件積層製造設備自動化之研究

振鏡掃描雖有掃描快速的優點，但是以固定式振鏡掃描為基礎的積層製造設備掃描，由於工作範圍太小而無法應用於製作大型工件，同時製作多種工件的能力亦受到限制；此外，成本昂貴亦是其缺點之ㄧ。因此，本研究以X-Y掃描機構為基礎，針對陶瓷漿料快速原型機自動化控制系統進行設計以及製作，以補振鏡掃描機構之不足。一台快速原型機的硬體架構基本上是由雷射掃描系統與鋪層系統所組成。本研究的雷射掃描系統係以X-Y 平面掃描為基礎，使用一片具有補間功能之PC-Based 4軸控制卡[MC8141P(M)]與一片四軸運動控制卡(PMC2)來操控雷射掃描系統與鋪層系統。利用人機介面的參數設定，經過控制配電盤中的控制卡，傳達指令給鋪層系統及雷射掃描系統的對應裝置，執行所需的運動。 雷射掃描系統是由一台30 W CO2雷射與光路系統，配合兩組伺服馬達推動螺桿所架設出的X-Y掃描機構所構成，而鋪層系統則是以步進馬達推動楔型機構所構成的升降平台與供料裝置、披覆裝置、披覆器清潔裝置所構成。此外，配電控制盤分為電力供應與控制訊號兩大系統，電力系統供應供給動作所需的電力，包括無熔絲開關、電源轉換器等；訊號系統將輸出控制信號傳達給伺服、步進馬達驅動器，並將伺服馬達的Encoder回授到控制卡。 透過Microsoft VisualC++2010撰寫之人機介面程式，實際測試X-Y掃描機構能否精準的掃瞄出所輸入的圖形，並進行3D工件製作，以驗證自動化之功能。 由實驗結果得知，以步進馬達驅動楔型機構升降工作平台，能夠精確地下降固定高度；鋪層系統，搭配所算出的供料量，能夠得到穩定良好的鋪層；雷射掃描系統，除了能夠掃描較大的區域外，亦可得到理想的工件精度；整合上述的雷射掃描系統與鋪層系統，透過人機介面設定製程參數即可全自動地製作出3D工件。

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滑動閥數值分析與設計

發展一套螺旋滑動閥SSV(Spiral Sleeve Valve)之參數化計算Fortran程式，其可變進口管徑、管壁厚度、槽口寬度、螺旋設計圈數、初始進口流量、開槽數等參數設計，其結果顯示，流量與閥之行程呈線性之易控制特點，並透過CFD模擬比較參數化設計後之流場。其孔口設計將採用11.5度錐度設計，故可控制在不產生氣蝕現象之條件下設計，達實用之價值。 未來如可增進閥體外部設計或針對不同需求做設計變更，更可增進閥體之實用性及多樣性。

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胃造口手術穿刺針之改良設計研究

對於有持續性吞嚥困難的病人，目前已漸漸採用經皮胃造口手術(Percutaneous Endoscopic Gastrostomy, PEG)以供給營養、水分和藥物。目前較為常見的手術方式有外科胃造口術(Surgical Gastrostomy)、利用經皮內視鏡的胃造口術(俗稱PEG)以及利用放射線透視或超音波導引之胃造口術。傳統的穿刺方法大部份是利用手推的方式將穿刺針刺入胃部，然而人類的胃部甚為強韌，雖然可以利用充氣使胃部膨脹的方式來降低穿刺難度，但有時由於手推的瞬間力道不足，仍然難以突破胃壁。 目前雖已有彈射式組織採樣的穿刺針產品，但不適用於經皮胃造口手術，而且會發生內針無法退針的問題。因此本研究提出一種用於經皮胃造口手術之彈射式穿刺針的改良設計，協助解決手推的瞬間力道不足的問題。本研究先藉由豬胃體外穿刺實驗找出較佳的穿刺器械，並採用彈簧進行所需的機構設計，研發設計出一種改良型的同步彈射式穿刺針。 此一改良型穿刺針已利用3D列印而完成打樣製作，並設計以豬胃為對象的穿刺實驗測試，結果顯示其成功率達到87%以上，符合醫療上對此產品的要求，初步證實此新型設計的可行性。此研發之彈射式同步彈射式穿刺針若輔以現有的CT影像導引功能，除了可解決手推式穿刺針力量上不足的問題，亦可解決目前彈射式組織採樣穿刺針的內針則無法退針外，若再輔以定位裝置而固定穿刺時之方向和角度，亦可增加一次性穿刺成功之機率，大大降低了手術風險。

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環扣式吊牌槍之一種新型設計

每件商品都需要吊牌來顯示商品內容，使用吊牌槍能快速地完成工作。一般市面上所使用的吊牌槍有兩種，分別為釘入式吊牌槍及環扣式吊牌槍，而較常見的吊牌槍為釘入式，它是利用刺針穿過吊掛的物品而進行吊牌的吊掛，此方式必須破壞欲吊掛的物品；若碰到無法穿過之商品，或是不能破壞商品的完整性，則無法使用釘入式吊牌槍，此時則需使用環扣式吊牌槍，它無須破壞物品而可以環繞方式，完成吊掛吊牌的工作。由於環扣式吊牌槍的作動方式較複雜，其機構設計也相對地複雜，目前市面上的產品並不多。 本文針對環扣式吊牌槍提出一種新型設計，此設計的內部機構主要包括輸入端、下料端和驅動端三大部分。此新型研發設計先針對各部分進行文獻探討與分析，以簡化其機構複雜度為目標，使用顏氏創造性機構設計方法尋找各部分新的機構構造並整合，最後提出一種環扣式吊牌槍的新型設計。此新型概念設計結果已使用Solidworks繪圖軟體建構，並進行干涉檢查及動態模擬，最後並進行應力應變分析，初步結果已證實此新型設計的可行性。

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銑削式3D積層影像擷取系統之開發

本研究之主要目的是開發出一套"銑削式3D積層影像擷取系統"，希望經由層切削與影像擷取技術兩者的結合，最終取得二維斷層資料。在取得所有斷面資料後，將一層一層組合起來即為三維資料，最終達成擁有內外部曲面與特徵之立體影像重建之需求。 本研究之主要訴求有二點，第一點為透過自行開發之運動控制單元、影像擷取單元整合成全自動化的3D積層影像擷取系統，只要把待測件經鑲埋後放置於本研究開發之機台上，便自動取得二維影像資料，最後經逆向建模軟體合成三維圖像。第二點為開發出層厚薄且精準之機臺，進行每層20μm之銑削機構，本機臺之設計穩定需求高，採用兩旁架設滑軌，中間為滾珠導螺桿的方式，使得本機臺之加工尺寸得以實現。 本研究之結果，在設計機台中能夠順利的取得二維斷面影像，經由逆向建模後獲得內外曲面相同的3D立體影像。

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具七自由度三指式機械手掌之機電系統整合與控制實現

本研究主旨是關於服務型機器人的機械手掌系統整合與控制實現，所採用的機械手掌是一款由本實驗室所自行開發的七自由度(Degree of Freedom, DOF)三指式機械手掌UTL-Hand II。手掌內部的控制核心採用ATmega2560做為主要控制器，以處理手指基本功能如馬達控制訊號輸出、感測器類比訊號擷取、與計算關節角度變化做為回授控制基礎。 關於感測器部份選用旋轉電位計與實驗室自行開發的壓力感測模組，經訊號擷取與運算後取得各部位的角度及壓力值；硬體方面由於機械手掌的體積需要縮小化，因此研究中也針對功能需求進行相關電路的重新布局。 最後，此研究使用電腦軟體Visual Studio透過C#撰寫設計操作介面，使用者可以直接通過介面下達控制命令，經晶片運算以處理控制感測系統後，進行相對應的驅動動作，達到人機介面互動之功效，也可以達到服務型機器人所需之功能以滿足使用者所需。

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均熱板蒸氣流道與蒸發區結構對熱阻性能影響之研究

3C產品為吸引消費者目光，皆朝向輕薄短小的方向設計，電子散熱裝置也在此趨勢下受到嚴峻的挑戰，均熱板為一種以熱管為理論基礎的兩相變化熱傳冷卻系統，二相熱傳元件為一真空腔體內襯微結構於內壁上，利用腔體內部流體的蒸發凝結進行快速熱傳遞。本研究擬利用此熱傳原理製備一薄型均熱板，藉由不同蒸氣流道寬度之均熱板效能檢測，與腔體內部蒸發區不同形狀之燒結銅粉結構的導入應用，探討對性能之影響。 本研究將氣室高度固定於0.6 mm，製備蒸氣流道寬度2、4、6 mm之均熱板，並在蒸發區使用不同的微結構形狀，藉由與相同厚度銅塊和一般均熱板進行效能檢測。結果顯示不同流道寬度中以w6 VC在100 W時有最低熱阻0.194 ΔT/W，複合微結構中以十字溝槽均熱板在100 W時有0.186 ΔT/W熱阻值，成功改善一般薄型均熱板熱阻過高的問題。

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以MFC致動器作撓性結構之振動控制

本論文採用MFC致動器為振動抑制之致動元件，以各種不同之演算法，運算出適當之輸出力，作用於懸臂樑根部，以達到減振之效果。天勾控制為較簡單之速度回授控制方式，實驗的效果相當有限，因此，以主動式控制之FxLMS自適應性演算法，在 控制上有良好的抑振效果，卻因為鑑別所需之權重數量較大，更新時需要採集較多之取樣值，導致抑制振動需要花費較長之穩定時間。對此我們利用陷波濾波器改善此項缺點，並加入 Leaky 演算法，使控制力穩定的收斂而不致於發散。實驗結果證明，該演算法能快速的衰減結構上之振動。 另外，利用CompactRIO完成嵌入式系統之控制方式，搭配I/O模塊擷取振動訊號，使演算法獨立運算於嵌入式系統中。由於振動控制工作於嵌入式系統架構上，取樣頻率可依據需求而大幅提高，並透過Real-Time等功能，穩定且精準的控制系統所需之時間。從實驗的過程和結果可得知，嵌入式系統的確能有效的達到抑振的效果，且控制之穩定度優於電腦端之操作，更適合也更貼近振動控制的運用層面。

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六自由度服務型機械手臂之開發與控制

本研究旨在開發一款機動型服務機器人之機械手臂，為求可以達成多樣化指定任務之需求，該機械手臂以六自由度為設計出發點，並且以更高扭矩輸出為方向設計高負載服務型機器人之機械手臂；並以模組化規劃與活動載具以及機械手爪之結合，使其可完成一服務型機器人系統。 於硬體部份本研究中採用Solidworks軟體繪製以及設計各零件並進行有限原素之分析，並透過機構達到自鎖功能，以及錐形齒輪機構完成六自由度之旋轉關節，且傳動方面採用鋼索使機構間設計更具彈性並有效減少扭矩損失。而後進行機械手臂運動學分析以及路徑規劃與驗證，模擬各運動姿態是否產生干涉以及相關影響；於電路部分以數位訊號處理器Arduino Mega 2560配合馬達驅動器以及外部機電整合電路實現位置控制以及指定任務，而軟體部份以程式撰寫圖型化人機介面功能使機械手臂更有利於操作以及控制。

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一種可收摺無槓片之舉重器材創新設計

一般的舉重器材是以不同重量的槓片調整所需的訓練負荷，雖然體積較小，但是不同重量的槓片較佔空間，而且搬運與更換較重的槓片稍嫌不易。雖然坊間已經有許多為了改良這些問題而發明的新型舉重器材，但有些只是重新設計槓片的構造而使槓片容易更換，有的則是基於安全性而設計了摺疊部分，所以現有的設計並無法有效且直接的解決槓片佔用空間的問題。因此，本論文提出一種無槓片且可收摺的創新設計，不僅易於搬運與更換所需的負荷，也容易收藏不佔空間。此創新設計主要利用曲柄滑塊機構、滑塊、凸輪與彈簧，藉由更換不同彈簧達到不同重量訓練效果。此設計已在Solidworks軟體上進行動態模擬，初步證實其可行性。