臺灣博碩士論文加值系統

近年來，智慧型裝置已經徹底融入我們的生活中，人們為了追求生活更加便利，使用其在許多生活領域上，尤其在無線(限)傳輸的應用上發展更是日新月異；為了能更進一步研究無線延伸應用上並增加智慧生活的便利性；本篇論文對機械手臂實作及家庭安全議題進行設計研究，使用Android程式編寫來進行無線(限)延伸操控、使用Arduino並與其做實務結合。在智慧機械手臂方面，利用3D印表機來設計組件並組裝機械手臂，對其進行透過智慧型裝置無線操控，並使其設計方面有方便擴充改善、擁有自動替換夾頭等設計，進而達到提升工作效率。而家庭安全方面則是參考近期發生許多氣爆及火災事件，利用感測器偵測瓦斯、溫度及功率等數據來傳輸給智慧型裝置，並結合無線控制操控電器，設計一個家庭環境檢測系統，來提升家庭環境的安全性。

Last few years, mobile devices have been thoroughly integrated into our lives. People was pursing convenience with using mobile device in many areas in our life, especially in wireless application. To further study wireless extensioned applications and increased the convenience of smart life, we designed research on robotic arm and home safety issues.
In this thesis, we designed Android app for wireless extension control, and used Arduino to combine this. We used 3D printer to design the components and assemble the robotic arm, and combined wireless controlling by mobile device, in other way, the design was easy to expand and improve, this design improved its work efficiency. In addtiition, family safety aspect was referring to the recent gas leak and explosions, we used sensors to detect gas, temperature and electricity transfer to mobile devices, this design can be control smarthome environment management with bluetooth. It can improve the home security.

目錄
中文摘要　I
Abstract II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 序論 1
1.1 簡介 1
1.2 研究背景 2
1.3 研究目的 4
第二章 文獻探討 5
第三章 相關技術與研究 8
3.1 藍芽(Bluetooth) 8
3.1.1 技術 8
3.1.2 連接方式 9
3.1.3 藍芽應用 10
3.2 開發環境 11
3.2.1 Android 11
3.2.1.1 應用程序層 13
3.2.1.2 應用程序框架 13
3.2.1.3 系統運行庫 14
3.2.1.4 Linux核心(Linux Kernel) 15
3.2.1.5 特點 16
3.2.2 Arduino 19
3.3 3D列印與其相關技術 22
3.3.1 TinKer CAD 22
3.3.1.1 TinkerCAD介紹 22
3.3.2 Cura 23
3.3.3 3D印表機選擇 23
第四章 系統功能與方法 25
4.1 智慧型機械手臂 25
4.1.1功能架構簡介與流程圖 26
4.1.2 3D模型設計及列印 30
4.1.3 成果展示 35
4.1.3.1 連線App及機器手臂 35
4.1.3.2　機械手臂運作 36
4.2 家庭環境檢測系統 37
4.2.1 功能架構介紹與系統流程圖 37
4.2.2 系統架構 40
4.2.3 實際展示 41
第五章 結論 45
參考文獻　 47
發表清單 　　　49
附錄A：機械手臂各部位3D模組圖 51

 
表目錄
表 1：智慧型裝置作業系統於市占率 2
表 2：無線網路比較 3
表 3：手臂各關節運動範圍 7
表 4：硬體規格 21
表 5：MG90S跟MG996R差別表 27
表 6：3D列印線材比較 32
表 7、MQTT協議 46

 
圖目錄
圖 1：簡易示意圖 2
圖 2：透過藍芽連線示意圖 4
圖 3：機械手臂關節示意圖 6
圖 4：Android系統架構圖 12
圖 5：Arduino UNO及其控制板元件標示 21
圖 6：TinkerCAD官方網站 22
圖 7：實驗所使用3D印表機 24
圖 8：在TinkerCAD上自設計的機械手臂概念圖 26
圖 9：機械手臂所採用伺服馬達 26
圖 10：Cura內打印設定參數 27
圖 11：更換夾頭轉盤及其關鍵馬達 28
圖 12：機械手臂流程圖 29
圖 13：機械手臂元件打印設計圖 30
圖 14：馬達支架設計圖 31
圖 15：左邊為控制盒，右邊為底座蓋 31
圖 16：機械手臂支架實際打印成品圖 34
圖 17：支架實際打印成品圖 34
圖 18：選取裝置連線 35
圖 19：選擇藍芽晶片 35
圖 20：開啟其他按鈕的控制權限 36
圖 21：機械手臂啟動歸回原位 36
圖 22：大夾頭搬取物品至指定位置 36
圖 23：小夾頭夾取外層軟質的物品 37
圖 24：監控系統流程圖 39
圖 25：系統架構圖 40
圖 26：App初始畫面 41
圖 27：瓦斯濃度逐漸上升 42
圖 28：瓦斯濃度超過時繼電器啟動，關閉電器 43
圖 29：利用DHT-11感測溫度 43
圖 30：利用感測器DHT-11偵測濕度 44
圖 31：繼電器啟動狀況 44
圖 32：於TinkerCADn伺服馬達3D模組圖 51
圖 33：底部馬達支架 3D模組圖 52
圖 34：手臂底層與腳架 3D模組圖 52
圖 35：馬達支架 3D模組圖 53
圖 36：主要支撐臂 3D模組圖 53
圖 37：夾頭 3D模組圖 54
圖 38：替換夾頭圓盤 3D模組圖 55
圖 39：Arduino與電路收納盒 3D模組圖 55
圖 40：機械手臂預組 56

[1]Gartner手機市占率分析 [Online]. Availble: https://www.gartner.com/newsroom/id/3876865, 2017年2月。
[2]洪若偉, 許文馨, 智慧型導讀及導覽裝置，。2015年 3月，中華民國發明專利第201503076號。
[3]洪若偉, 林志涵, 池浩宇, “Android 智慧型裝置於 WiFi 區域網路之應用,” International Conference On Advanced Information Tech.logies And Taiwan Association For Web Intelligence Consortium (AIT / WIC 2016), ” Taichung, Taiwan, 2016, pp. 1154–1160.
[4]Keerthi Premkumar, and Mr.K Gerard Joe Nigel, "Smart Phone Based Robotic Arm Control Using Raspberry Pi, Android and Wi-Fi, " IEEE Sponsored 2nd International Conference on Innovations in Information Embedded and Communication Systems ICIIECS’15, 2015.
[5]Tomàs Pallejà Cabré, Mercè Teixidó Cairol, Davinia Font Calafell, Marcel Tresanchez Ribes, and Jordi Palacín Roca, "Project-Based Learning Example: Controlling an Educational Robotic Arm With Computer Vision, " IEEE Revista Iberoamericana De Tecnologias Del Aprendizaje, Vol. 8, No. 3, 2013, pp. 135-142.
[6]北美智權報導, “智慧家庭時代來臨無線聯網技術大比拚, ” [Online]. Avaivle : http//www.naipo.com/Portals/1/web_tw/Knowledge_Center/Research_Development/publish-89.htm，2014 年 12 月。
[7]Pengfei Zhou, Yuanqing Zheng, and Mo Li, "How Long to Wait? Predicting Bus Arrival Time With Mobile Phone Based Participatory Sensing, " IEEE Transactions On Mobile Computing, Vol. 13, No. 6, 2014, pp. 1228-1241.
[8]Massimo DiPierro, "Toy Vision-Guided 3D Robotic Arm in JavaScript, "
IEEE Computing in Science & Engineering, Vol. 20, Issue. 1, 2018, pp. 43-49.