首頁

  主持人 

  研究室簡介

 研究團隊

 研究成果

 教學資訊

 研究照片


本研究室之研究領域含括「機構與機器設計」及「智慧資源規劃與分析」領域。
1. 機構與機器設計
  • 重力平衡機構
  • 可變拓樸與齒輪機構
  • 靜平衡與上肢外甲式阻力訓練機構

重力平衡機構能在重力場中能承載自身重力,使其於任意構型下皆處在靜力平衡狀態,操作這類機構只需要較少之致動力克服系統慣性,可提升驅動能源效率。多數之重力平衡方式藉由配重方法、接頭摩擦力、彈簧平衡等方式達成。配重方法增加了系統慣性,接頭摩擦力容易造成磨耗,降低耐用性,而彈簧平衡採用會產生阻抗變形力的彈簧,以儲能之方式平衡重力位能變化。國內外相關研究多以利用平行四邊形之輔助桿件加裝於欲平衡機構使得以安裝彈簧,以串聯方式構築多自由度機構,造成輔助桿件對系統提供額外慣性與桿件運動干擾等諸多不便。

本研究室針對單自由度平面連桿機構提出不使用輔助桿件之彈簧重力平衡方法,搭配平面機構迴路拘束推導彈簧平衡條件,證明n桿之單自由度平面連桿機構只需(n/2)個彈簧即可平衡,並衍生不同彈簧位置、拘束桿件等設計,方法不僅具學理創新,也開闢系統化彈簧平衡機構設計之設計基礎。接著將理論拓展至空間機構,利用最少數目之拉伸彈簧平衡空間關節式機械手臂之重力負荷推導n自由度之機械手臂的彈簧配置。同時為因應不同操作狀態配重差異,調整彈簧配置參數,使重力平衡機構的設計理論更加完整,更接近產業應用。

 

 

 

A51. "Design of Statically Balanced Planar Articulated Manipulators With Spring Suspension" IEEE Transactions on Robotics, (February, 2012)

A33. "Design of Perfectly Statically Balanced One-DOF Planar Linkages with Revolute Joints Only" ASME Journal of Mechanical Design, (May, 2008)

 

可變拓樸機構是近十年來機構設計領域中熱門議題,國內外相關研究多進行基礎的可變接頭分析、圖畫表示/矩陣表示法等,描述可變拓樸機構運動變化的特性。本實驗室嘗試將機構的功能需求分類具體化成各種不同型態的機構特徵,將可變拓樸機構進行分類,導出可變拓樸機構在不同拓樸階段接頭、迴路與運動空間的相容條件(compatability),並應用、實際驗證在導體製程設備之晶圓傳送盒內相關的機構分析與設計中。

齒輪機構在許多機器與運輸器具中,扮演著傳輸動力與調整輸出扭矩的重要角色。國內外相關研究多由已知之拓樸構造圖集中選定一拓樸構造,進行拓樸分析,給定齒輪運動鏈之地桿及輸出入桿位置,進而產生齒輪機構之構型;再藉由運動分析,驗証機構其是否滿足功能需求。由構造特性進行齒輪機構設計,未必能滿足機構之功能需求。而以運動特性之功能需求為設計優先考量的齒輪機構之設計方法,卻一直為人所忽視。

本研究室以運動分解之概念繼續深入探討齒輪機構中,運動單元的自身增益與機構整體增益間的依存關係,應用古典控制理論中的流程分析齒輪機構的完整增益表現,並且將增益表現歸納分類,進而利用增益類型建立以運動特性之功能需求的齒輪機構分類。同時以齒輪式等速比連軸器與單馬達雙輸入齒輪變速機構,作為運用齒輪機構運動單元之運動分析方法於概念設計的實例,歸納出完整的機構分析及合成流程。此方法為已發展日趨成熟的齒輪機構分析與應用,注入嶄新的觀點,為更深入、便捷的齒輪機構分析/設計研究開創新的路徑。

A40. "On the Operation Space and Motion Compatibility of Variable Topology Mechanisms" ASME Journal of Mechanisms and Robotics (May, 2011)

A32. "Kinematic Characteristics and Classification of Geared Mechanisms Using the Concept of Kinematic Fractionation" ASME Journal of Mechanical Design, (Aug, 2008)

靜平衡機構能夠使機構在運動過程中任何停駐位置均為靜平衡狀態,在日常生活中已廣泛應用於支撐或取放。本研究室利用彈簧之彈力位能來抵消機構之重力位能,使機構在運動過程中可達到靜平衡狀態。其方法為利用基底安裝之拉伸彈簧應用於平面一個自由度之靜平衡連桿機構設計,可在不外加平行輔助桿件的情況下直接平衡一個一般四連桿機構系統中的負載重量;並提出一系統化的設計方法使單自由度平面機構達到靜平衡狀態且無輔助桿件的幫助,且藉由動態模擬軟體(ADAMS)的結果驗證此方法可成功使用在史蒂文森III與瓦特I機構上。此外,在多自由度機械手臂之重力平衡上使用N個彈簧來平衡N個自由度之機構,使得機械手臂運動的過程無需依靠額外的制動力就能維持給定之初速度。除此之外,更將彈簧重力平衡之概念應用在復健輔具上,提出以彈簧提供阻力源的外甲式肌力強化訓練輔助機構概念。當上肢癱瘓之病患穿戴此輔具進行關節運動時,輔具上裝載之彈簧將抵銷病患上肢之重力位能,使得患者可自行進行日常活動,且此輔具無制動性元件與感測器,輔助桿件數量少,桿件運動干擾程度較小,動作活動範圍較接近人體實際運作。此外,本設計結合人體參數與機構設計,藉由調整彈簧配置接點,提供相當於自由重量訓練所需之作用力,不須裝設負重塊,即可以彈簧本身之剛性提供阻力,使用操作簡單且安全度高。當反向思考彈簧重力平衡的概念,透過調節彈簧的接點位置,使彈簧不再是抵銷機構重力位能變化的元件,反而成為運動過程中阻力的來源,利用此概念設計出一上肢肌肉強化的訓練機。除了人體上肢的復健與運動,本研究室更將靜平衡的概念延伸至人體的下肢,希望設計出一機構可幫助下肢癱瘓無法行走的病患或是行走不便的老人,藉由此復健機構的幫助慢慢恢復其行走能力。申請人除藉由動態模擬軟體進行驗證外,更透過3D繪圖軟體將這些設計具體化,製作了雛型機並進行相關驗證,研發成果已發表於IEEE Tranction of Robotics, ASME J. of Mechanism and Robotics與Mechanism and Machine Theory等著名期刊外,並獲得中華民國發明專利(可穿戴式機械手臂、下肢肌力強化裝置)。

A63. "Dynamic Analysis and Preliminary Evaluation of a Spring-loaded Upper Limb Exoskeleton for Resistance Training with Overload Prevention" Journal of Mechanics, (March, 2013)

2. 智慧資源規劃與分析

  • 專利品質指標建構與產業競爭力分析
  • 產業專利分析與布局的發展
  • 產學合作績效評量

本研究室利用專利核准量及其引用關係,進行全球重要公司的科技競爭力評估,並發展可用以評估各公司專利品質表現的EPI及EPS指標。此研究結果可用以觀測企業界創新能耐及競爭優勢變化,並可作為知識經濟下各企業未來發展潛力衡量的依據,對於引領國內產業界重視研發管理與智慧財產權等有一定貢獻。此外,亦利用共被引、共類號和共字關係等資訊探勘技術,進行知識產業地圖繪製之研究,並應用在產出臺灣高科技產業技術地圖分布上;亦將類號與技術的關係和專利計量進行結合,以成功辨識臺灣重點經濟產業的變遷。

針對不同類別的技術進行「技術功效矩陣分析」,將不同技術手段及可達成功效作為表格的縱欄及橫列的標題,每格填入符合的專利數、專利權人或發明人資訊,當中若填入專利數則可掌握該技術領域內子技術研發重點分布狀態;填入專利權人則可掌握重點技術的擁有者;填入發明人則可掌握重點技術的核心發明人。此分析結果即可提供產業界作為擬定研發方向、避開競爭對手專利密集區(該領域的熱門地帶、技術研究人員聚焦的位置),或是找到專利空白區(技術處女地、尚未被開發或是有技術困難處)進行研發。

本研究室主持人自2006年起執行高等教育評鑑中心之「大專校院產學合作績效評量」計畫,以「爭取產業經費與效益」、「產學合作參與廣泛程度」及「智權產出成果與應用效益」等三個構面,對各大專校院進行評量,以使各校瞭解自身的績效狀況,可作為未來特色發展與資源投入的參考,並藉此提升學術成果的經濟價值,鼓勵教師投入產學合作的行列。鑑於國家預算有限,且大學經費不能只是仰賴政府的挹注,而必須努力向外開拓財源,因此特別整理「爭取企業機構產學經費與效率」及「智慧財產授權收益與效率」兩個評量項目,以瞭解各大專校院在產學合作上的績效。