臺灣博碩士論文加值系統

本研究旨在利用 Django 網際框架建立一套平面四連桿機構之尺寸合成 (Dimen-
sional Synthesis) 系統,其中包含符號方程式推導、平面機構設計、數值演算、以及
專案管理等模組,使用者可直接在瀏覽器中進行各模組的操作,包括平面四連桿機
構之目標路徑規劃、運動方程式推導,以及選擇實數基因演算法、差分演化法或螢
火蟲演算法進行尺寸合成運算,系統完成最佳化演算後,將以電子郵件通知並展示
運算結果與機構動態模擬。本研究最後利用數個案例展示系統操作流程並驗證其可
行性。

This study aims to establish a dimensional synthesis system for planar four-bar link-
ages by using the Django web-based framework. The system contains the symbolic equation
derivation, planar linkage design , numerical calculation, and project management modules.
Users can directly use web browser to operate each module which will perform the path plan-
ning of the planar four-bar linkage, the kinematic equations derivation and select synthesis
algorithms from the real-coded genetic, differential evolution, or the firefly algorithms. Once
the system completes the synthesis calculation, an e-mail notification will send to provide
links for reviewing the results and linkage simulation. Finally, this study shows the number
of cases to demo the system operation procedures and verify its feasibility.

中文摘要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
英文摘要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii
誌謝 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
表目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi
圖目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
符號說明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
第一章 緒論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 研究動機與目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 文獻探討 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 演算法應用於機構尺寸合成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 機械設計應用於網際平台 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 章節安排 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
第二章 設計理論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 幾何數學關係 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1 兩點一線一夾角 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.2 兩點兩線 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 四連桿機構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.1 平面四連桿組分類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.2 四連桿組的幾何關係 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.1 基因演算法 (Genetic Algorithm; GA) . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.2 差分演化法 (Differential Evolution; DE) . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.3 螢火蟲演算法 (Firefly Algorithm; FA) . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4 機構尺寸合成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.5 小結 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
第三章 網際平台架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1 系統整合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Apache(Apache HTTP Server) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3 Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4 Python 網際框架 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5 資料庫管理系統 (Database Management System; DBMS) . . . . . . . . . . 24
3.5.1 MySQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5.2 SQLite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6 電腦輔助設計系統 (CAD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
第四章 網際平台系統 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.1 網際框架 Django . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2 平台系統介紹與架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3 用戶管理應用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.4 平台系統之機構尺寸合成應用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.4.1 流程設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.4.2 資料結構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.4.3 符號式模組 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.4.4 機構設計模組 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.4.5 演算法模組 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.4.6 座標模組 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.4.7 專案設計模組 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.5 範例與驗證 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.5.1 範例 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.5.2 範例 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.5.3 範例 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.6 延伸探討 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
第五章 結論與未來展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.1 結論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.2 未來展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
參考文獻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
附錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
附錄 1: 網際平台與機構尺寸合成相關研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Extended Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
簡歷 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

[1] 彭毓瑩. “雨刷機構創新與合成”. MA thesis. 國立清華大學, 2002.
[2] 吳東憲. “一種六連桿硬頂式汽車敞篷機構之尺寸合成與最佳化”. MA thesis. 國
立台灣科技大學, 2007.
[3] 顏鴻森. 機構學. 東華書局, 1997.
[4] John H. Holland. Adaptation in natural and artificial systems. MIT Press, 1992.
[5] V. Černý. “Thermodynamical approach to the traveling salesman problem: An effi-
cient simulation algorithm”. In: Journal of Optimization Theory and Applications 45
(1985), pp. 41–51.
[6] RAINER STORN and KENNETH PRIC. “Differential Evolution – A Simple and Ef-
ficient Heuristic for Global Optimization over Continuous Spaces”. In: Journal of
Global Optimization 11 (1997), pp. 341–359.
[7] Ruhul A. Sarker, Saber M. Elsayed and Tapabrata Ray. “Differential Evolution With
Dynamic Parameters Selection for Optimization Problems”. In: 18.5 (2014), pp. 689–
707.
[8] 黃竣鉉. “網際符號輔助軸接連桿機構之基因演算法尺寸合成系統”. MA thesis.
國立虎尾科技大學, 2012.
[9] 李玠廷. “網際程式框架在平面連桿機構尺寸合成系統上的應用”. MA thesis. 國
立虎尾科技大學, 2013.
[10] Django. https://www.djangoproject.com/. Accessed: 2015-03-18.
[11] A.M. Connor, S.S. Douglas and M.J. Gilmartin. “The kinematic synthesis of path gen-
erating mechanisms using genetic algorithms”. In: Transactions on Information and
Communications Technologies 18 (1995).
[12] J.A. Cabrera, A. Simon and M. Prado. “Optimal synthesis of mechanisms with genetic
algorithms”. In: Mechanism and Machine Theory (2002).
[13] S.K. Acharyya and M. Mandal. “Performance of EAs for four-bar linkage synthesis”.
In: Mechanism and Machine Theory 44 (2009), pp. 1784–1794.
[14] A. Ortiz, J.A. Cabrera, F. Nadal, and A. Bonilla. “Dimensional synthesis of mecha-
nisms using Differential Evolution with auto-adaptive control parameters”. In: Mech-
anism and Machine Theory 64 (2013), pp. 210–229.
[15] Jianjiang Zeng, Wenliang Chen and Qiuling Ding. “A Web-based CAD system”. In:
Journal of Materials Processing Technology 139 (2003), pp. 229–232.
[16] Chia-Chen Yen, Chiaming Yen and Jih-Shih Hsu. “A Web-based CMS/PDM Integra-
tion for Product Design and Manufacturing”. In: (2008), pp. 549–553.
[17] K.-D. Bouzakis, G. Andreadis, A. Vakali and M. Sarigiannidou. “Automating the man-
ufacturing process under a web based framework”. In: Advances in Engineering Soft-
ware 40 (2009), pp. 956–964.
[18] Tun Lwin, Ngoc Anh Vu, Jae-Woo Lee and Sangho Kim. “A distributed Web-based
framework for helicopter rotor blade design”. In: Advances in Engineering Software
53 (2012), pp. 14–22.
[19] 周鵬程. 遺傳演算法原理與應用活用 Matlab. 全華科技圖書股份有限公司, 2001.
[20] Xin-She Yang. Nature-Inspired Metaheuristic Algorithms. Luniver Press, 2010.
[21] MO Yuan bin, MA Yan-zhui and ZHENG Qiao-yan. “Optimal Choice of Parameters
for Firefly Algorithm”. In: Fourth international conference on digital manufacturing
and automation (ICDMA). IEEE, 2013, pp. 887–892.
[22] Xin-She Yang. “Firefly Algorithm: Recent Advances and Applications”. In: Interna-
tional Journal of Swarm Intelligence 1 (2013), pp. 36–50.
[23] Robert L. Norton. Design of Machinery, Third Edition. Trans. by 謝慶雄. 機構學. 高
立圖書有限公司, 2005.
[24] Sandor and Arthur G. Erdman. Advanced Mechanism Design: Analysis and Synthesis.
Vol. 2. Naveen Bejugam, 1984.
[25] Sympy. http://www.sympy.org. Accessed: 2015-03-18.
[26] Jupyter. http://jupyter.org/. Accessed: 2015-03-18.
[27] CadQuery. https://github.com/dcowden/cadquery. Accessed: 2015-03-18.
[28] FreeCAD. http://www.freecadweb.org/. Accessed: 2015-03-18.