機構設計實驗室

Mechanism Design Lab

 

7/27/2007

負責教授:陳正光 副教授

美國哥倫比亞大學機械博士

美國羅德島州立大學機器人研究中心博士後研究

     : 研二生  四名,研一生  四名,在職生  一名

 

 

一、主要研究方向

l        電腦週邊設備傳動機構的設計與分析

l        運動休閒、醫療復健及老人幼兒輔具的研發設計

l        遠距復健醫療的研發

l        機構/機器設計理論

l        機構教學輔助軟體的研發

l        其它

 

二、研究設備

1.      個人電腦

2.      機構設計軟體︰ADAMS, Working Model , Solid Works, Pro-E, ANSYS

 

 

三、研究成果例

1. 印表機取紙機構的設計研究

本研究乃針對印表機取紙機構,提出一種新型設計。所設計開發之新型機構,可以達到載紙承板維持平移運動而使取紙滾輪維持定值的取紙角度,並且能使取紙滾輪維持接近定值的取紙作用力,此新型取紙機構能達到較佳取紙的功能,進而提高列印品質。參考圖()()

                   

                   (a)                                              (b)

(): (a) 一種新型設計之印表機取紙機構分解示意圖(b) 中華民國專利證書新型第M 254343

 

      

             (a)                                  (b)

(): (a) 另一種新型設計之印表機取紙機構分解示意圖(b)實作原型

 

 

無邊界列印印表機出紙機構之設計研究

  本研究主要是針對出紙機構中的列印平台幾何形狀、出紙滾輪組及前星型棘輪位置,三者間的相對關係進行分析研究,其目的乃是提供一套出紙機構設計分析方法,達到使出紙機構在紙張輸送時能能提供一更為穩定的輸出結果,期望能降低出紙過程中的沾污(Smearing以及卡紙(Paper Jam)等問題,以便有效的提高輸出品質的穩定性。同時並進行實際的測試,以驗證理論分析的正確性。

 

2. 遠距手部復健研究

提出一套遠距的手肘與手腕的復健平台,此平台可分為兩大部份,一為客戶端的部份,包括︰客戶端Java應用程式、網路攝影機、主動式手腕與手肘復健輔具與訊號擷取設備與感測器;另一為遠端伺服器的部份,包括︰TommcatJava Server Page伺服器、資料庫伺服器與MySQL 伺服器。感測器可量測手肘與手腕的運動角度,量取的資料經由微處理器透過Java應用程式傳輸至客戶端的個人電腦,加以儲存並上傳至遠端伺服器;醫師則可透過JSP網頁提取病人的復健紀錄,進行檢視並予以評估。此系統可增進病人與醫生的關係,使他們沒有距離與時間的限制,醫生可以彈性地追蹤並指導整個復健療程,而病人也可自行或由家人協助,每天在家進行復健運動,對於醫療資源的節省及病人的方便性來說,皆有很大的幫助。參考圖()()()

(): 遠端復健系統的軟體架構

   

(): 實際操作照片                    (): 進行復健的操作畫面

 

 

3. 復健輔具的研發

   包括手部與腿部的復健輔具:

(1)    主動式的肘部與腕部阻力式復健輔具

     此機構的設計,是以正常人手腕、手肘的基本動作為依據,再搭配特殊設計之接頭元件,使手腕與手肘各具有兩個自由度。此外,此復健輔具具有改變負荷的功能,手腕部份是利用搭配之小型氣壓缸改變其所產生的阻力或是搭配不同的彈簧,而得以進行腕力之復健訓練;而手肘則以扭轉彈簧及拉伸彈簧所提供之負荷,進行肘部之有負荷的復健訓練。參考圖()()()

 

   

()                          ()                        ()

 

(2)    被動式手腕與手肘復健輔具

    以數位攝影機拍攝正常人手臂伸直與收回的動作,擷取手腕、手肘及肩部的運動軌跡,再配合剛體導引的合成理論,求出轉移矩陣,定義出上肢大臂及前臂之間的相對運動關係,再以球面逼近的方法,以找出最近似手部前臂相對於大臂之球面物體運動位置,以合成被動式手腕及手肘復健練習器中的手肘部分的機構,進而設計出一符合手部屈伸動作之被動式的手腕及手肘復健輔具。參考圖()

 

圖九(a)被動式復健輔具整體示意圖

圖九(b)被動式復健輔具專利證書

(3)    下肢復健輔具機構設計

   此輔具能提供髖關節、膝關節各兩個自由度的運動,可以搭配馬達成為被動式復健輔具,用於下肢的早期復健;亦可隨使用者者自身復健情況而調整負荷,並配合相關附件,成為主動式復健輔具,用於後期的復健。此輔具是參考實際關節運動軌跡而設計,因此符合人體下肢的運動。參考圖() (十一)

         

                                圖()                             (十一)

 

 

(4)    腕驅動式取物功能輔具之機構設計

    因脊髓C6∼C8受損的病患,手掌會呈現無力或無法緊握的狀態,導致無法有效地使用手來拿取物品,造成生活上的不方便。本文提出一種手腕驅動的取物輔具的機構設計,此機構提供三支指頭來抓取物件,而且三支指頭分別在三個不同的運動平面上。設計過程是先以ADAMS軟體做動態模擬與分析,並實際製作一原型,驗証此新型機構的可行性。參考圖(十二) (十三) (十四)

   

        圖十二:整體輔具之立體示意圖              圖十三:實體模型

圖十四:測試--取物分解動作

 

(5)    腕驅動式持筷功能輔具之創新設計

    一些C6~C8脊髓損傷(SCI)患者的手部無力而無法握持餐具,吃飯往往需要藉由他人的餵食。由於目前尚無此種輔助持筷進食的裝置,本文利用創意性機構設計方法,提出利用手腕驅動之持筷輔具的機構創新設計,並以ADAMS軟體對此機構進行模擬與分析,並製作原型進行測試,驗證其可行性。參考圖(十五) (圖十六)

  

圖十五:持筷輔具實體

圖十六:實際夾取食物測試示意圖

 

4.新型電動站立式輪椅的機構設計

  本文提出一新型的電動式站立式輪椅的機構設計,此機構的設計,是以正常人起立坐下的運動軌跡為依據,合成出所需的連桿機構,再搭配兩支伸縮桿作用,而使此輪椅的站立動作,符合一般人站立時先縮小腿再挺直起立的兩階段動作。因此,此站立式輪椅可提供使用者比較自然舒適的起立坐下的動作。此新型的機構設計經過Working Model模擬與分析,並實際製作一原型,證實其可行性。

圖十七:完成的站立式輪椅      圖十八:進行站立中         圖十九:完成站立的姿態

 

5.具側翻功能的病床機構設計

   本研究首先利用品質機能展開(QFD)的方法,篩選出關於此類病床設計的瓶頸技術,藉此作為病床的設計重點;再依據此設計重點,提出一符合需求的新型機構設計。依據此一新型設計,透過變化鏈機構設計流程,獲得更多可行機構之圖集。其次,利用電腦分析軟體ADAMS將機構之各尺寸最佳化,並驗證與模擬各機構之可行性;最後,根據模擬與分析的結果,挑選出最佳的設計。

            

圖二十:仰背與右側翻身機構於平躺狀態時之側視圖            圖二十一:仰背與右側翻身機構於右側翻身狀態之側視圖

 

圖二十二:側翻病床專利

 

 

四、發表之研究論文

 

  期刊部分:

1.       Bao-Chi Chang, Biing-Shiun Huang, Ching-Kong Chen, Shyh-Jen Wang, (2007) “The pincer chopsticks: The Investigation of a New Utensil in Pinching Function,” Applied Ergonomics, Vol. 38, Issue 3, May 2007, pp.385-390  (SCI)

2.       陳正光(2004)“站立式輪椅設計研究”,工程科技通訊,第七十五期,第34~38頁。

3.       莊惟傑,陳正光 (2001)通訊產業產品之初步分析,台北科技大學學報,Vol.34-1pp.1-10.

4.       黃榮堂,陳正光,陳文陽,許有心,(1998)全電式射出成形機機構簡介及設計 機械月刊,第二十四卷第十一期, 298-311頁。(機械月刊第十三屆金筆獎優等獎)

 

 

   研討會論文(部分)

1.    Ching-Kong Chen, Sheng-Wen Hu, (2007) “Study on the Mechanism Design of a Multi-Function Sickbed with the Capability of Making Patient Lie on Side” 12th IFToMM World Congress, Besançon , France, June18-21, 2007.

2.    陳正光,游士頡,楊偉民,(2007)一種多功能嬰幼兒推車設計, 第五屆精密機械與製造技術研討會,光碟片論文編號E-02,屏東。

3.    陳正光林明華 衣叔堯(2007)嬰兒搖籃機構之改良設計, 第五屆精密機械與製造技術研討會,光碟片論文編號E-10,屏東。

4.    陳正光、黃哲男、謝國恩,(2007)蛙式游泳學習器之初步構想設計, 第五屆精密機械與製造技術研討會,光碟片論文編號E-03,屏東。

5.    陳正光,胡聖文,(2006)具側翻功能之病床的機構設計研發---構想設計, 第九屆機構與機械設計學術研討會論文集,第257~264頁,正修科技大學,高雄。(NSC 95-2221-E-027-009)

6.    陳正光,胡聖文,(2006)具側翻功能之病床的機構設計研發---機構構造合成與尺寸最佳化, 第九屆機構與機械設計學術研討會論文集,第265~272頁,正修科技大學,高雄。(NSC 95-2221-E-027-009)

7.    陳正光,李昀熹,張寶基,(2006)非肌電控制式新型義手機構之研發, 第九屆機構與機械設計學術研討會論文集,第465~472頁,正修科技大學,高雄。

8.    陳正光,嚴偉文,(2006)無邊界列印印表機出紙機構之設計研究, 中國機械工程學會第二十三屆全國學術研討會,論文編號:C1-0231124-25日,2006,崑山科技大學,台南。(NSC 94-2212-E-027-003)

9.    陳正光,陳雙源,胡聖文,黃榮堂,(2005)彈簧式運動模擬平台之動態分析, 第八屆機構與機械設計學術研討會論文集,第473~481頁,台北科技大學,台北。

10.陳正光,李昀熹,張寶基,(2005)新型義手之機構設計, 第八屆機構與機械設計學術研討會論文集,第681~688頁,台北科技大學,台北。

11.陳正光,趙永杰,(2005)新型取紙機構的設計研究, 第八屆機構與機械設計學術研討會論文集,第81~87頁,台北科技大學,台北。(NSC- 93-2212-E-027-0017)

12.陳正光,盧昶宇,(2005)腕驅動式取物功能輔具之機構設計, 第八屆機構與機械設計學術研討會論文集,第675~680頁,台北科技大學,台北。

13.陳正光,曾煜仁,張寶基,(2005)腕驅動式持筷功能輔具之創新設計, 第八屆機構與機械設計學術研討會論文集,第226~233頁,台北科技大學,台北。

14.陳正光,嚴偉文,(2005)無邊界印表機出紙機構之回顧與分析, 第八屆機構與機械設計學術研討會論文集,第38~45頁,台北科技大學,台北。(NSC 94-2212-E-027-003)

15.Ching-Kong Chen, Feng-Yue Lee, (2005) “A Telerehabilitation Platform for Wrist and Elbow”, (Session: Customer & Healthcare Management, paper #2609) Proceedings of International Conference on Pacific Rim Management, pp.340-345, ACME 2005, July 28-30, 2005, San Diego, California, USA.

16.陳正光,李峰岳,賴明鈞,高崇蘭,(2005)遠距手肘與手腕復健平台,論文編號:ISA-195-P﹙資訊系統應用類﹚,第十六屆國際資訊管理學術研討會﹙ICIM2005﹚,2005528日,輔仁大學,台北。

17.陳正光,趙永杰,(2004) 印表機取紙機構的新型設計,論文編號:C0101157 中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會, 1126-27日,2004,中山大學,高雄。(NSC- 93-2212-E-027-0017)

18.陳正光,陳智豪,張寶基,(2004) 被動式手腕與手肘復健輔具之機構設計,論文編號:C0100240 中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會, 1126-27日,2004,中山大學,高雄。

19.陳正光,羅立威,張寶基,(2004) 安全義肢膝關節之機構設計,論文編號:C0901326 中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會, 1126-27日,2004,中山大學,高雄。

20.陳正光,徐敏翔,(2004)下肢復健輔具回顧與分析, 第七屆機構與機械設計學術研討會 (論文集第165-174)1120日,2004年,崑山科技大學,台南。

21.陳正光,徐敏翔,(2004)下肢復健輔具機構設計, 第七屆機構與機械設計學術研討會 (論文集第175-181)1120日,2004年,崑山科技大學,台南。

22.陳正光,曾煜仁,張寶基,(2004)腕驅動式持筷功能輔具之機構設計,論文編號: B05-013,第四屆精密機械製造研討會,中華民國九十三年十一月十三日,台北科技大學,台北。

23.陳正光,林逸憲,黃榮堂,(2004)資料挖掘模式於製程品質診斷系統---以發光二極體為例,第十三屆全國自動化科技研討會,617-18日,2004,台北科技大學,台北,論文集第190~197頁。

24.陳正光,王文炘,(2003)新型電動站立式輪椅的附屬機構設計 中國機械工程學會第二十屆全國學術研討會, 125-6日,2003,台灣大學,台北。(NSC- 92-2212-E-027-022)

25.陳正光,陳志豪,(2003)手腕與手肘復健訓練器的機構設計, 第六屆機構與機械設計學術研討會暨海峽兩岸機構學學術研討會(論文集第225-232)1212-13日,2003年,虎尾技術學院,雲林。

26.陳正光,吳啟禎,(2003)ADAMS軟體模擬分析低階掃描器的偏搖度誤差 ,第27屆全國力學會議,1212-13日,2003,成功大學,台南。

27.吳啟禎,陳正光(2003)一種新型掃描器傳動機構設計, 第六屆機構與機械設計學術研討會暨海峽兩岸機構學學術研討會(論文集第15-22)1212-13日,2003年,虎尾技術學院,雲林。

28.陳正光,王文炘,(2002), “新型電動站立式輪椅的機構設計,” 中華民國機構與機器設計原理學會第五屆全國機構與機器設計學術研討會論文集(光碟片),編號 2-1, 20021122, 高雄應用科技大學(NSC- 91-2212-E-027-002)

29.陳正光,吳啟禎,陳弘熹, (2002), “掃描器傳動機構誤差的量測比較,” 中國機械工程學會第十九屆全國學術研討會論文集(光碟片), C-1:機構與傳動,編號006, 20021129-30日,雲林虎尾技術學院

30.Jung-Tang Huang, Ching-Kong Chen, Wang-Lung Lee, (2002), “Dynamic Case-Based Reasoning for Remote Diagnosis and Maintenance System,” 2002 IEEE/ASME International Conference on Advanced Manufacturing Technologies and Education in the 21st Century, Aug. 11-14, Taipei, Taiwan. (NSC 90-2212-E-027-013)

31.陳正光,吳兆礎, 2001, “PCMCIA卡退卡機構之創新改良設計,” 中國機械工程學會第十八屆全國學術研討會論文集第三冊(固力與設計),. 1-8. (NSC 89-2218-E-027-006)

32.陳正光,黃榮堂,吳文傑, 2001, “虛擬設備診斷平台的建構,” 中國機械工程學會第十八屆全國學術研討會論文集第二冊(控制與自動化),. 667-674. (NSC 89-2212-E-027-010)

 

 

 

五、實驗室聯絡

e-mail: ckchern@ntut.edu.tw(陳正光)