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第14屆上銀機械碩士論文獎 論文摘要

2018-03-27 20:14經濟日報 戴辰

上銀機械碩士論文獎第14屆得獎師生與貴賓們大合照。 上銀科技/提供
上銀機械碩士論文獎第14屆得獎師生與貴賓們大合照。 上銀科技/提供
『上銀機械碩士論文獎』﹝Hiwin Thesis Award﹞第14屆頒獎典禮於3月24日舉行,本屆共有91篇論文被推薦參選,經公正、公開、公平、嚴謹的審查程序,最後15篇獲獎,競爭相當激烈。

該屆獲獎論文來自科技大學的有5篇,佔獲獎論文33%,其中臺灣科技大學本屆有二篇並列優等獎獲得獎金30萬元,足見上銀科技卓永財董事長費心鼓勵科技大學學生參賽的苦心已明顯展現成果。

該屆獲獎論文展現相當高的水準,不僅在於精密機械基礎研究,更囊括醫療與工業機器人等相關技術發展,反應出當前智慧製造之趨勢,論文應用靈活度更高也更趨近商品化需求,以下是得獎論文摘要:

學校系所:國立成功大學 機械工程系

獎項:金質獎 100萬

指導教授:藍兆杰

研究生:陳典賦

論文題目:並聯驅動肩外甲自適復健機器之設計

摘要:

肩部復健機器人目的為協助病患進行中風後之上肢復健療程,以幫助失能上肢回復正常生活機能。目前市售之復健機器人多以串聯式機構為主架構,具有較大之體積與重量,因此難以普及化,故該研究透過整合靜平衡機構與串聯彈性致動器,並搭載一創新自適機構。靜平衡機構可減少致動器之負荷,降低致動器成本。串聯彈性致動器用以監測外甲機構施予使用者之力量,達到即時控制之功能,並同時省去感測器數量。自適機構為使用者與機器人間之穿戴介面,該裝置用以適應上臂運動時肩關節位移導致人機關節間之錯位量,不僅可使機器人適用於不同體型之使用者,也大幅提升穿戴的安全性,其尺寸及重量均小於現有市面上之相關產品,而工作範圍與輸出力量亦可滿足肩部復健療程之需求。

學校系所:國立臺灣大學 機械工程所

獎項:銀質獎 80萬

指導教授:黃漢邦

研究生:鄒振宇

論文題目:多機械手臂之安全協同規劃與控制

摘要:

該研究主要是致力於在未知的動態環境中,多機械手臂的安全協同運作。透過所提出的控制架構,使多機械手臂在合作的過程能確保環境中的人、執行的任務以及機械手臂自身的安全。該研究所提出的理論與方法,在機械手臂自身、不同機械手臂之間,還有機械手臂與人這三個互相耦合的系統中,能讓多機械手臂達到安全協同合作的目標。另外所設計的控制架構,也能直接應用到不同種類的機械手臂,對於未來建立安全智慧工廠,將帶來快速且低成本的優勢。

學校系所:國立臺灣大學 機械工程所

獎項:銅質獎 60萬

指導教授:林沛群

研究生:蔡謹容

論文題目:以基礎幾何模型搭配具主被動自由度和掌內壓力與近接感測之夾爪達到快速低計算成本之多樣化物體夾取

摘要:

該研究的目標是結合視覺定位、紅外線陣列、壓力陣列和自行設計的被動適應性夾爪,對欲抓取的目標物體進行於多障礙物之間的穩定夾取。為了使機械夾爪能增加更多的包覆性,該研究設計了一具有被動包覆性的夾爪,其原理是利用行星齒輪的特性達到一輸入兩輸出的控制。另外,為了增加包覆和適應性,在夾爪上還安裝紅外線陣列和壓力陣列。機械夾爪能允許的定位誤差和所提供對於形狀的微調性很差,因此需要紅外線陣列於夾取前作適當的調整,讓夾爪更趨於物體的形狀。壓力陣列能於夾取的過程中可以判斷夾取狀態的好壞,例如物體是否有滑動的現象或夾取時力中心的位置是否恰當、又或者是可以透過力和壓力陣列受力面積之間的關係判斷物體的軟硬等,因其能提供的資訊多元,目前已被大量的選擇安裝於機械夾爪上。

學校系所:國立臺灣科技大學 機械工程系

獎項:優等獎 30萬

指導教授:陳品銓

研究生:李忠穎

論文題目:利用精密加工於曲面開發單軸仿生複眼透鏡

摘要:

該研究的結論為:(1)研究曲面基材上之多軸精密加工以及開發非平面異質基材結合技術,發展出非平面生醫晶片,此研究成果讓發展三十年的生醫晶片由平面結構延伸成立體結構,讓生醫晶片融入更多的穿戴式檢測裝置;(2)該研究利用精密加工製造不同樣式或大小的微透鏡模具,再透過微流道內的壓力調整,在同樣基材上但不同地點,製造出不同尺寸和曲率半徑之透鏡陣列,後續可利用此可調式晶片為母模,搭配翻模與電鍍技術,即可製造出量產微透鏡陣列之金屬模具,再用射出成型技術製造拋棄式微透鏡陣列;(3)相較於其他微透鏡陣列的製程方法,該論文的製程方法可以在曲面上製造出微透鏡陣列,做為仿生複眼透鏡陣列,這對於其他製程技術而言是相當困難的。

學校系所:國立臺灣科技大學 機械工程系

獎項:優等獎 30萬

指導教授:郭俊良

研究生:徐繹佳

論文題目:最小潤滑劑量使用於砂紙研磨鈦合金之探討

摘要:

該研究以研磨速度1500-3200 m/min、下壓力0.5-0.7 bar、最小潤滑劑量 (MQL) 噴射壓力2.5-5 bar及150號、320號及600號砂紙對鈦合金試片進行研磨。實驗過程中,配合邏輯控制系統對研磨溫度及下壓力進行即時監測。在研磨溫度超過40 ℃及下壓力超過實驗設定值之1.25倍時,噴射MQL (碳酸氫鈉與高壓空氣之混合流體),以達到降溫及潤滑的效果。該研究建立了研磨粒在研磨時的切削力學模型,並分析鈦合金試片之材料移除率 (MRR)、表面完整性及研磨粒在各時間區間下之磨耗型態。最後,利用反應曲面法 (response surface method, RSM) 得到在特定權重下之多指標優化操作參數。結果顯示,以實驗值校正後之切削力學模型可以達到83.98%的精準度。研磨後鈦合金之材料硬度可以保存~395HV0.025並延長其材料使用壽命。

學校系所:國立臺灣大學 機械工程所

獎項:佳作獎 10萬

指導教授:馬劍清

研究生:龔瑞清

論文題目:開發布拉格光纖光柵感測器於多點與即時量測系統並應用在高速內藏式主軸與銑削工件之溫升、變形及轉速之精密量測

摘要:

布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)量測系統其優勢在能夠同時對溫度、變形以及振動等物理量進行量測。光纖光柵是以光訊號進行傳輸,不會受到環境的電磁訊號所干擾,同時也有耐腐蝕與抗高熱的能力。此外,光纖相當適合進行結構內部的量測,若搭配光耦合器或多光柵光纖還可以進行多點的即時量測,在工業的應用上極具優勢以及潛力。該論文開發光纖光柵感測器於實際工業界相關問題的量測,針對高速內藏式主軸以及銑削工件的溫升、應變、振動量、轉速以及切削與顫振頻率等問題進行量測。獲得這些量測資訊後才可能針對工具機的熱變形進行補償,或針對工件在加工所產生的變形進行加工路徑的調整,以達到精密加工的要求。該研究亦透過軟體的撰寫,可即時呈現量測的結果,進而實現智慧機械及工業4.0的目標。

學校系所:國立臺灣大學 應用力學所

獎項:佳作獎 10萬

指導教授:張培仁、胡毓忠

研究生:羅元玠

論文題目:工具機主軸之熱網路系統參數識別與藍牙溫度感測模組

摘要:

近年工業4.0-智慧製造、物聯網等技術方興未艾,於高速切削技術之發展歷程中,工具機主軸的熱特徵為提升加工精度之重要參數。該研究以熱網路分析模型為基礎,採用系統識別法建構工具機主軸之暫態和穩態溫升熱預測模型。硬體層面自行研發具高穩定度與高精度的藍芽無線溫度感測模組,以及三種溫度探頭,軟體層面依據理論及經驗公式建構參數化熱模型。續搭配灰箱參數估測與實驗量測結果,實現主軸溫升熱預測模型。經實驗證實此一熱模型識別法適用於工具機主軸溫度預測,即使在不同操作轉速以及初始溫度條件下,熱預測模型皆與實驗溫度數據吻合,吻合度達94.2%以上。同時應用系統降階法將主軸熱預測模型簡化,大幅減少數據運算量,以符合微處理器之運算能力,企圖實現邊緣運算(edge computing)之藍圖。

學校系所:國立成功大學 機械工程系

獎項:佳作獎 10萬

指導教授:林仁輝

研究生:郭柏均

論文題目:間隔環、牙型係數與軌道表面粗糙度設計對於環狀式類滾珠軸承傳動磨潤行為之研究

摘要:

該研究主要探討重負荷滾珠螺桿之牙型係數,滾珠與間隔環之間隙,以及螺帽與螺桿軌道表面粗糙度在油脂潤滑下,對於滾珠螺桿之摩擦係數,摩擦振動及溫升,以及可能發生的運動不穩定現象,配合磨潤實驗結果去評估設計因子之影響。研究上使用基因演算的方法,並技巧性地將各猜測值之範圍精確縮小後,克服收斂困難的問題。目前該研究已成功將滾珠與間隔環及內、外環間之作用力及摩擦係數隨時間的變化找出來。作用力及摩擦係數的變化受牙型係數,滾珠與軌道之間隙及內、外環粗糙度影響若有稍微不適切,skidding之行為就會出現,研究中使用力學方程式配合實驗數據,分析並推導出發生skidding滿足一個不等式,由此不等式配合實驗建立之性能分佈地圖,可提供設計上述三個參數之優化組合條件,並對skidding不穩定現象之避免提出明確解決方案。

學校系所:明志科技大學 機械工程系

獎項:佳作獎 10萬

指導教授:謝文賓

研究生:Nguyen, Hong-Nguyen (阮宏原)

論文題目:利用新型彈簧平衡機構於空間重力平衡關節手臂之設計、製造與驗證

摘要:

該研究為一個具重力平衡特性的關節式空間機械手臂之研究。實驗結果顯示,在應用了該論文所提出新型彈簧平衡器之後,此多自由度機械手臂在任意關節組態下,均可達到完全的靜態重力平衡。該研究特色為:1.n-自由度空間機械手臂只需要n個彈簧平衡器,如此可避免過大的彈簧內力;2.提出一種有別於零自由長度彈簧的新型彈簧平衡模組,用以裝置於機械手臂的關節,來平衡系統的重力;3.建構了一個單自由度的模型,以初步證明此彈簧平衡器實務應用之可行性,最後並設計了一個完整的三自由度空間系統的實體模型。實驗結果顯示,該論文可以極小的力將此多軸機械手臂系統轉至不同角度,並使之成功的停留在該組態上。

學校系所:國立臺灣大學 應用力學所

獎項:佳作獎 10萬

指導教授:舒貽忠

研究生:陳彥禎

論文題目:混合陣列式壓電振子應用於能量擷取之實驗驗證

摘要:

該論文利用理論分析及實驗驗證,將混合陣列式系統應用於壓電振動能量擷取之特性進行深入研究及探討,並致力於開發陣列式壓電系統,試圖有效提升系統功率及其頻寬。該研究首先利用等效阻抗法導出系統搭配標準電路之解析解。接著找出系統最佳配置方式,探討系統最佳阻抗並做出阻抗搭配結論。最後利用四根強耦合振子進行實驗驗證,並利用實驗數據,探討系統功率增幅及其寬頻效果;除了實驗結果與理論相當吻合外,混合陣列式系統於四根振子下,功率增幅為單根振子的3.4倍,寬頻效果為傳統陣列式系統的5.7倍;最重要的是,混合陣列式系統完全改善傳統陣列式缺點,達到有效功率增幅與均勻擴增頻寬同時存在的效果。

學校系所:國立清華大學 奈米工程所

獎項:佳作獎 10萬

指導教授:李昇憲

研究生:劉廷淵

論文題目:應用於懸浮微粒感測之高傳感效率CMOS-MEMS熱致動壓阻感測振盪器設計

摘要:

該論文是運用國家晶片中心所提供之0.35 μm CMOS-MEMS平台及後端電子儀器輔助來實現高性能之熱致動壓阻感測式微機械振盪器,該元件經穩定的後製程後可得到良率極高的Wing-type架構元件。為了實現懸浮微粒感測器,我們首先運用鎖相迴路放大器使元件起振,並利用頻率計數器量測其表現,接著藉由紅外線測溫儀進行元件驅動時的溫度量測,可以觀測到熱致動臂有8oC的升溫現象,最後,利用奈米液滴噴印機台來進行質量感測度測試,觀測到明顯的頻率變化量,可明確證明該元件的確可以作為一個良好的質量感測器。在懸浮微粒的量測中,進行煙霧懸浮微粒以及環境空白實驗的即時濃度量測,搭配商用光學式氣膠感測器及量測用治具與Micro pump來了解環境懸浮微粒濃度對元件造成的影響,並於未來實現PM2.5感測器。

學校系所: 國立雲林科技大學 機械工程系

獎項:科技大學特別獎 10萬

指導教授:吳益彰、林聰益

研究生:郭子維

論文題目:手搖式輪椅之變速機構模組化的設計與分析

摘要:

該研究以全齡下肢行動不便者為研究對象,提供兩種可直接裝於一般手動輪椅的機械式變速驅動機構,其中一種是連桿式變速機構,另一種是以行星齒輪系為主體的內藏式變速機構,並使用搖桿機構進行驅動,可減少手腕部位的操作負擔,有效解決輪椅使用者常見的慢性運動傷害。透過變速驅動機構的作用,使用者可自行變換動力輸出的效果,達到快速移動或省力驅動的功能。這兩種變速機構均可以直接套用於一般手動輪椅上,輪椅骨架無需修改,除了變速功能外,也包含煞車與原地停止的功能,整體而言,可提供使用者更舒適與更便利的操作使用環境。完成設計後,將兩種驅動機構實作加工,組裝於輪椅進行測試;依據測試結果,確認本設計能有效提供使用者更舒適與更便利的操作方式之外,同時符合CNS相關測試規範,且安全性無虞。

學校系所:國立臺灣科技大學 機械工程系

獎項:科技大學特別獎 10萬

指導教授:林紀穎

研究生:許秉澄

論文題目:應用於汽車板金美容之自動打蠟系統

摘要:

該研究開發首套用於汽車美容之自動打蠟系統以提升打蠟效率與品質。系統運作方式為藉由深度攝影機建立汽車板金的點雲資料並規劃系統的打蠟軌跡,接著使用機械手臂搭配多軸力量感測器迴授資訊進行打蠟力道控制。該研究透過外在點光源的照射,事先對人工打蠟結果進行影像分析,包括影像灰階處理、Canny邊緣偵測以及霍夫圓形轉換,並計算打蠟後影像的高斯分布函數,在分析該函數平均指與標準差之分布機率後,則可建立一套檢測打蠟品質好壞的評量指標。實驗結果進行影像分析並與評量指標做比較,探討影響打蠟品質的因素。最後以手臂打蠟力道與移動速度作為影響因子,透過建立系統的數學模型與最佳化分析求得最理想的實驗參數組合,並進行實驗,證實該系統可有效改善人工打蠟施力不均與品質不佳的問題。

學校系所:臺灣大學 機械工程所

獎項:工具機特別獎 10萬

指導教授:廖運炫

研究生:劉宗昇

論文題目:CNC銑削智能化顫振控制系統之研究

摘要:

針對加工前選擇的切削條件,該論文提出一結合切削經濟性與工具機穩定性的決定方法,並考量切削穩定性圖及工具機主軸馬達的功率,得到可使工具機發揮最大效能的切削條件。該研究提出切削力係數估算策略,經不同材料測試,估算結果與實際的切削力係數誤差在5.5%以內。使用該研究方法決定的切削條件,相較經驗及查表的條件加工效率最高可提升23%,且刀具壽命最高亦可多達3.6倍的壽命。顫振預測與抑制方面,經不同的材料驗證,皆可在時域訊號尚未有明顯變化前,程式模組即可預測出顫振將要出現,並自動調變至穩定主軸轉速,在顫振發生前即時抑制顫振的出現,達到預測顫振與抑制顫振的效果。該研究成功地開發出一套實用且具商業價值的CNC銑床智能化顫振控制系統。

學校系所:國立中興大學 機械工程系

獎項:工具機特別獎 10萬

指導教授:陳政雄

研究生:陳易聖

論文題目:深層類神經網路結合遺傳基因演算法應用於CNC運動控制參數優化

摘要:

該研究提供可快速依據工具機動態特性,針對不同加工要求,找出能最大發揮機台運動性能之控制器參數調整方法。在參數調整的過程中排除了人力的介入,完全藉由軟體在短時間內可針對各種機台同步地進行大量運算,大幅地改善調整效率與節省人力成本。該研究針對由半閉伺服迴路位置訊號所計算的加工指標,以疊代方式找出最佳擬合參數與加工指標間的深層類神經網路架構,在多核心分散式運算中,以符合深層類神經網路模型所預測之加工要求的限制下,針對加工時間找出機台最佳運動性能之加減速規劃參數組合,並與手動調整之以全閉迴路位置訊號計算加工指標所訓練的深層類神經網路架構比較。該研究所提出之方法能有效地針對多個參數進行自動調整,從數據的收集到求出最佳化參數僅需要不到1天的時間即可完成。

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