臺灣博碩士論文加值系統

本文主要目標為設計一個二維運動機構可應用於跑步機的人臉追蹤，在傳統二維運動的機構大多採用X-Y平台或五連桿的方式，在X-Y平台方面，則會採皮帶或螺桿的形式來傳動，但是這兩種設計往往需要較大的空間，且無法同時滿足精度及速度的要求；而五連桿的設計中，因耦點軌跡為高階曲線，軌跡設計不易；本文目的是設計一種機械結構簡單且緊湊的二維機構。
本文所提出的二維機構是以偏心凸輪為基礎，此機構可用於小範圍的平面運動，該機構的結構簡單且緊湊，本文利用Solidworks來輔助模擬其運動，此外，亦利用3D列印來製作，在驗證平台中以電位計做為位移的量測，來進行軌跡效能量化的比較，來評估機構作動的精確性；該機構移動軌跡為簡諧曲線，故便於運動軌跡的規劃，此外，本文亦推導其動力方程式來輔助驅動馬達的選取，之後若與二維感測器結合，更可應用於平面的追蹤控制。

The main objective of this paper is to design a two-dimensional motion mechanism that can be applied to face tracking of the treadmill. In terms of X-Y platform, it will be driven in the form of belt or screw, but these two designs often require a large space and cannot meet the requirements of accuracy and speed at the same time. In the design of five-linked rod, the track is not easy to design because the coupling point track is a high-level curve. The purpose of this article is to design a two-dimensional mechanism with a simple and compact mechanical structure.
The two-dimensional mechanism proposed in this article is based on an eccentric cam, which can be used for small range of plane motion. The structure of this mechanism is simple and compact. This paper uses Solidworks to assist in simulating its motion; in addition, we also use 3D printer to make the mechanism. For verification, we use potentiometer as the displacement sensor to measure the displacement for trajectory performance comparison. In addition, we also derive its dynamic equation to assist the selection of the drive motor. Later, if combined with the 2D sensor, it can be applied to the tracking control of the planar motion.

目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第1章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 本文架構 3
第2章 二維機構介紹 4
2.1 確動凸輪(Positive Motion Cam) 4
2.2 二維機構設計 5
2.3 二維機構於跑步機的應用 10
第3章 研究方法 12
3.1 動力學分析 13
3.2 實驗介紹 17
3.3 位移量測 24
3.4 運動軌跡生成 26
第4章 實驗結果與討論 31
4.1 實驗結果 31
4.2 實驗結果討論 41
第5章 結論與未來展望 43
5.1 結論 43
5.2 未來展望 44
參考文獻 45
附錄一 47
1. Y方向固定座 47
2. Y方向從動件 48
3. Y方向凸輪 49
4. X方向固定框 50
5. X方向從動件 51
6. X方向凸輪 52
 
圖目錄
圖 2.1偏心凸輪圖 5
圖 2.2 一維偏心凸輪機構圖 6
圖 2.3 受測者追蹤示意圖 6
圖 2.4 X方向追蹤位移圖 7
圖 2.5 Y方向追蹤位移圖 7
圖 2.6人臉運動軌跡圖 7
圖 2.7最終機構模型圖 8
圖 2.8機構爆炸視圖 9
圖 2.9機構成品圖(無馬達) 9
圖 2.10機構成品圖(有馬達) 10
圖 2.11 二維機構於跑步機示意圖 11
圖 2.12 運動調節控制示意圖 11
圖 3.1研究流程圖 12
圖 3.2 X方向偏心凸輪示意圖 13
圖 3.3 Y方向偏心凸輪示意圖 13
圖 3.4力臂示意圖 14
圖 3.5 Y方向凸輪扭矩圖 15
圖 3.6 X方向凸輪扭矩圖 15
圖 3.7 Y方向凸輪扭矩圖(增加重力項) 16
圖 3.8 QTS F160 3D列印機 18
圖 3.9 Arduino MEGA 2560 19
圖 3.10 Y方向普菲德閉環42步進馬達 20
圖 3.11 X方向集賢42步進馬達 21
圖 3.12 Y方向普菲德馬達驅動器 22
圖 3.13 X方向馬達驅動器 23
圖 3.14直線滑動式電位計內部構造 24
圖 3.15 荃麗KTM微型拉桿式位移傳感器 25
圖 3.16 實驗系統圖 25
圖 3.17 正圓軌跡模擬圖 26
圖 3.18 ω對∅關係圖(3cm正圓軌跡) 28
圖 3.19 ω對∅關係圖(8cm x 3cm橢圓軌跡) 29
圖 3.20 ω對∅關係圖(8cm x 3cm跑步時的人臉運動軌跡) 30
圖 4.1 X方向訊號圖 31
圖 4.2 Y方向訊號圖 32
圖 4.3平面軌跡圖 32
圖 4.4 真圓度比較圖 33
圖 4.5 X方向訊號圖 33
圖 4.6 Y方向訊號圖 34
圖 4.7平面軌跡圖 34
圖 4.8真圓度比較圖 35
圖 4.9 X方向訊號圖 35
圖 4.10 Y方向訊號圖 36
圖 4.11平面軌跡圖 36
圖 4.12真圓度比較圖 37
圖 4.13 X方向訊號圖 37
圖 4.14 Y方向訊號圖 38
圖 4.15平面軌跡圖 38
圖 4.16真圓度比較圖 39
圖 4.17 X方向訊號圖 39
圖 4.18 Y方向訊號圖 40
圖 4.19平面軌跡圖 40
圖 4.20真圓度比較圖 41






表目錄
表 2.1 移動參數範圍表 8
表 2.2 運動範圍表 10
表 3.1 特定角度凸輪扭矩表(Nm) 16
表 3.2 QTS F160 3D列印機規格表 18
表 3.3 Arduino MEGA 2560 規格表 19
表 3.4 普菲德閉環42步進馬達規格表 20
表 3.5 集賢42步進馬達規格表 21
表 3.6 普菲德HBS57S閉環馬達驅動器 22
表 3.7 L298N馬達驅動器 23
表 3.8 TREND-LEAD KTM微型拉桿式位移傳感器規格表 25

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