臺灣博碩士論文加值系統

八連桿型機器馬，乃是由四組構造相同的腿部機構構成的步行機器及作為平衡用的拖車所組成，其單一腿部機構為八桿十接頭單一自由度的連桿組。本研究的目的，是要設計出具最佳足部軌跡與最小推力之八連桿型機器碼。根據顏氏創造性機構設計法，系統化地合成出117種八桿特殊化運動鏈，並以特性編碼方式找出16個可行機構。針對每一可行機構，利用向量迴路法作運動分析，求得足部軌跡運動曲線；理想的足部軌跡曲線，是參考王湔型木車馬及膝關節暫時鎖定原理所決定。接著建立推力分析與機械利益分析的數學模型。機構尺寸的合成，是使用ALM最佳設計方法，以理想足部軌跡曲線為主要目的，以降低最大推力值為次要目的，找出各組腿部機構的最佳尺寸，並選擇推力最小的一組為代表。本研究並將四連桿型、六連桿型、八連桿型、王湔型、邱正平型、以及黃凱型木車馬作運動性能評估，比較結果顯示所選出的八連桿型機器馬，在足部軌跡特性與仿生能力為最佳，但推力與機械利益較王湔型與邱正平型差。接著在電腦上發展動畫模擬，並以壓克力製作實體模型。最後結果顯示，所設計出的機器馬的確能達到運動要求。

An 8-link type walking horse consists of a walking machine with four identical leg mechanisms and a carriage for balancing. Each leg is an 8-bar linkage with 10 joints and with one degree-of-freedom. The intention of this work is to design an 8-link type walking horse with optimal foot trajectory and minimum driving force. Base on Yan''s creative mechanism design methodology, 117 specialized 8-bar linkages are generated systematically. Then, the atlas of feasible mechanisms is identified based on the method of characteristic numbers. The foot trajectory is obtained by kinematic analysis according to vector loop approach. An ideal foot trajectory is decided by referring to Wang-Chien''s wooden horse carriage and the principle of knee-joint-temporary-lock. Mathematical models of force analysis and mechanical advantage analysis are derived. Optimal dimensions for each leg mechanism are synthesized based on Augmented Lagrange Multiplier method with conforming to the ideal foot trajectory as the main objective and achieving minimum driving force required to push the walking horse as the second objective. Then, the kinematic performance of the 4-link, 6-link, 8-link, Wang-Chien, Chiu-Cheng-Ping, and Hwang-kai type walking horses are evaluated. As a result, the proposed 8-link type walking horse is the best regarding the characteristics of foot trajectory and the bionic; however it is worse than Wang-Chien and Chiu-Cheng-Ping type walking horses regarding the performance of the driving force and mechanical advantage. Finally, a computer simulation software is developed and a prototype is built. The results show that the designed 8-link type walking horse can achieve the required motion characteristics.

中文提要 I
誌謝 II
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 前言 1
第二章 步行機器專利介紹 6
2-1 美國專利 6
2-2 中華民國專利 10
第三章 概念設計 22
3-1 拓樸構造特性 23
3-2 設計需求與限制 24
3-3 運動鏈目錄 25
3-4 可行特殊化運動鏈目錄 26
3-5 機構目錄 32
第四章 運動分析 35
4-1 角位移分析 36
4-2 角速度分析 41
4-3 角加速度分析 45
第五章 足部軌跡與步態設計 50
5-1 足部軌跡特性 50
5-2 膝關節暫時鎖定原理 51
5-3 步態設計 53
5-4 結論 57
第六章 力量分析 59
6-1 力量分析 59
6-2 機械利益分析 66
6-3 結論 67
第七章 最佳化設計 68
7-1 設計目標 68
7-2 設計參數 69
7-3 設計限制 69
7-4 最佳設計 71
7-5 結論 77
第八章 性能分析與比較 78
8-1 足部軌跡特性 78
8-2 推力 79
8-3 機械利益 81
8-4 結論 82
第九章 模型實作 83
9-1 層排列設計 83
9-2 桿件設計 87
9-3 電腦動畫模擬 89
9-4 結果與討論 91
第十章 結論與建議 93
參考文獻 96
附錄 99
英文提要 113
自述 115
著作權聲明 116

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