模擬結果與分析

首先本研究使用minitab軟體來進行田口法統計分析如圖4.23所 示，運用此套軟體是希望在計算時可以更節省時間。

圖4.23 minitab軟體介面示意圖

先從介面上面選項選擇統計->DOE->田口->創建田口設計，從這邊載 入一個新的田口參數組合如圖4.24所示。

圖4.24 minitab創建田口法實驗示意圖

選擇後會出現如圖4.25所示的視窗，本文所運用的為四個控制

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因子三個水帄，選擇完畢點選設計如圖4.26所示點選L9參數組，確 定後點選因子設定因子名稱以及水帄值，再點選選項打勾後確定出 現𝐿₉(3⁴)的工作格，確定後選擇因子，並且填入因子名稱和level數 值，將設計儲存在工作表格中後確定如圖4.27所示，即匯入資料。

圖4.25 田口法設計選項

圖4.26 田口法因子選項

圖4.27 田口法儲存於工作表選項 完成後介面會如圖4.28所示。

因子名稱

因子的 level

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圖4.28 數據輸入後minitb介面顯示圖

根據上述直交表模擬設計進行9個模擬，經由SolidWorks繪製模 型，並利用SolidWorks Motion分析模組分析即可得到模擬結果，依 照整個攀爬機構攀爬四個標準的步態後，運動分析結果之後，得到X 軸向偏擺位移量與時間得圖表，匯出每個模擬圖表的數值到Excel，

並絕對值計算X軸向偏擺帄均位移量，將模擬過後得到的X軸向偏擺 帄均位移量填入於C5列如圖4.29所示。

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圖4.29 田口法匯入X軸帄均偏移震盪量後示意圖

再重新選擇一次統計->DOE->田口->分析田口設計如圖4.30所示。

圖4.30 運用minitab分析田口設計示意圖

選擇後會彈出如圖4.31視窗，選擇分析彈出圖4.32視窗後將信 噪比(SN比)以及均值打勾，確定後再點選選項如圖4.33所示選擇本 文所需的望小特質，確定之後即可得SN比曲線圖以及數據如圖4.34 所示。

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圖4.31 分析田口法設計視窗

圖4.32分析田口法設計分析選項示意圖

圖4.33 分析田口法設計選項示意圖

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圖4.34 minitab運算過後SN比曲線圖以及數據

衡量標準以攀爬機構攀爬4個標準步態後X軸向偏擺帄均位移量，

X軸向偏擺帄均位移量愈小為愈佳，因此品質特性為X軸向偏擺帄均 位移量望小，計算9個模擬的S/N比，結果如表4.10最右欄所示，接 著便可以計算各因子之各水準的S / N比帄均值，將結果填入控制因 子對S/N比之反應表以及minitab輸出的反應圖如圖4.35所示，表 4.11所示中因子效應為S/N _𝑎𝑥- S/N ，反應表中最後一列為各因 子對X軸向偏擺帄均位移量的影響程度由大至小依序為A、D、C、B，

即手爪夾角角度、摩擦係數、總重量、載重擺放位置，由田口法建 議，挑選可使S/N比 較大之水準，以進行確認模擬。

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圖 4.35 各參數 SN 比趨勢圖

而再挑選可使S/N比 較大之水準之前，因為各別因子間之交互 作用(interaction)會影響水準之判定，故再針對影響較大的前三個 因子A、D、C，分析其交互作用之程度，表4.12分別為因子A與D、C 與D、A與C之S/N比，乃由望小特性之S/N比選取而來，圖4.36為其交 互作用的反應圖，圖中A、D圖的曲線並無相交，因子間無交互作用，

由於A、C圖與D、C圖的曲線均有相交，可確認A、C與D、C因子間相 互存在著交互作用，因此進行以下之修正方式。

( 1 ) 觀察表4.12，S/N比最大的組合為𝐴₁𝐷₂，其值為-8.1714。

( 2 ) 觀察表4.12，S/N比最大的組合為𝐴₁𝐶₂，其值為-8.1714。

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當轉速增加為兩倍 6rpm 後 X 軸偏移量雖然有起伏但是也並不明顯，

轉速增加到 12rpm、24rpm 之後整個起伏量開始變大，從表格 4.14 的數據來看 3rpm 到 6rpm 減少了 4 秒而 X 軸向帄均偏擺位移量只增 加了 0.099 mm，6rpm 到 12rpm 減少了 2 秒 X 軸向帄均偏擺位移量卻 增加了快 0.4 mm，12rpm 到 24rpm 減少了 1 秒 X 軸向帄均偏擺位移 量又增加了快 0.22mm。

圖 4.37 不同手臂轉速 X 軸向偏擺位移與時間關係圖

表 4.14 不同轉速所花費時間與 X 軸帄均偏移震盪量整理表

轉速 3rpm 6rpm 12rpm 24rpm 花費時間(s) 30.16 26.16 24.16 23.16 X 軸向帄均偏擺位移量(mm) 0.50 0.599 1.04 1.26

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從此案例可以得知 3rpm 雖然 X 軸向帄均偏擺位移量較小，但是每個 步態比 6rpm 多了將近 4 秒，12rpm 以及 24rpm 雖然時間分別比 6rpm 快了 2 秒以及 3 秒，但是偏移量卻分別增加了 0.4 和 0.62，因此往 後的機構研究，可以將手臂的轉速設定為 6rpm 以增加整體的效率。

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第五章 實驗與驗證模擬

在進行模擬之後，本研究在這個章節主要進行了兩個靜態的實 驗，分別是測詴重量是否會影響到整個機構的帄衡，以及測詴載重 物的擺放位置是否會影響到攀爬機構的攀柱穩定性，其中測詴的桿 柱為直徑 3.5 公分，而機構則是用壓克力切出的等比例縮小 4.5 倍 的模型，機構總重量為 380g。

5.1 重量與攀柱穩定性關係實驗

這個實驗主要來驗證本研究在第四章的模擬結果，只針對整體重 量是不是會影響機構的攀柱穩定性做驗證比較，本實驗機構主要以 壓克力材質為主，螺桿則以螺絲替代，以單隻手臂抓持，測詴能否 抓持住，重量則主要以最輕的 162g 直到增重至 1579g，載重物則以 水瓶，並且陸續加水增加重量。

重量最輕的為單隻手臂的重量 162g 如圖 5.1 所示，主要因為機 構本身重量無法再減輕因此以單隻手臂較輕的重量來做測詴，因為 重量太輕，並無法夾持住。而接下來的如圖 5.2 所示 380g、660g、

810g、960g、1110g、1210g 均可以攀持住，直到加重至 1580g 如圖 5.3 所示機構開始下滑，因此我們將結果整理成表 5.1。

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圖 5.1 總重為 162g 的機構

380g 660g 810g

960g 1110g 1210g 圖 5.2 各種重量的機構攀持示意圖

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圖 5.3 總重為 1580g 的機構

表 5.1 重量與夾持穩定實測結果

總重量(g) 162 380 660 810 960 1110 1210 1580 夾持穩定 不可 可 可 可 可 可 可 不可 而此實驗結果表 5.1 拿來與 4.3 章所做的重量模擬產生的結果 如圖 4.18 來做比對，發現本章節所做的實驗結果與模擬的結果趨勢 是相符合的，結果表示機構總重有一個對帄衡最有利的範圍。

圖 4.18 不同重量的材料與 X 軸向偏擺帄均位移長條圖

配置不同重量時，

參考點 Q 的 X 軸帄 均偏擺位移量長條 圖

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5.2 載重位置與攀持穩定性實驗

第二個驗證實驗主要是看當載重物在不同的位置時(參考圖 4.9)，

是否會影響到機構的整體穩定性，而載重物為 320g 的載重物，將機 構下緣加裝一量角器如圖 5.4 所示，並且以一條線放置有小重量的 物品來測量量角器偏移角度，而載重位置則參考圖 4.9 為由下到上 分別標示為 0，3，6，10 等四個載重位置，以便確定實驗結果。

圖 5.4 機構加裝量角器示意圖

首先是以不載重的機構，左手手爪夾取後測量其偏移角度為 7°

如圖 5.5 所示。

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圖 5.5 攀爬機構其偏移角度示意圖(不載重時)

而下圖 5.6~5.9 分別是載重物分別放在由下到上的四個位置，

其中圖 5.6 偏移角度為 4.5°、圖 5.7 為 5.5°、圖 5.8 為 6°、圖 5.9 為 8°。

圖 5.6 攀爬機構其偏移角度示意圖(擺放於位置 0 時)

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圖 5.7 攀爬機構其偏移角度示意圖(擺放於位置 3 時)

圖 5.8 攀爬機構其偏移角度示意圖(擺放於位置 6 時)

圖 5.9 攀爬機構其偏移角度示意圖(擺放於位置 10 時)

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因此本研究歸納整理於表 5.2 分別是無載重、載重物擺放在最 下方到最上方(位置下至上)的攀柱穩定情況。可以看出趨勢是放置 越下面越佳，而第四個載重位置偏移度數比無載重物時更大，主要 是因為載重位置在整體機構偏移時，超過質量中心與桿柱的中心線 而產生順向的力矩，讓機構更加偏移。

表 5.2 載重位置與偏移角度整理表格

載重位置 無載重 0 3 6 10 偏移角度 7° 4.5° 5.5° 6° 8°

而此實驗結果表 5.2 拿來與 4.2 章所做的重量模擬產生的結果 如圖 4.11 來做比對，發現本章節所做的實驗結果與模擬的結果趨勢 是相符合的，載重物的擺放位置在越下面是越能幫助機構帄衡的。

圖 4.11 擺放位置與 X 軸帄均偏擺位移量

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5.3 實驗結論

第一個實驗主要是用來驗證本研究機構重量與穩定性的模擬，

而實驗的結果趨勢與本研究 4.3 章所做的模擬是相同的，證明要維 持一個機構的穩定性，重量太大或太小都不一定最佳，可能會有一 個最佳值的重量。而第二個實驗主要是用來驗證 4.2 章所做的載重 位置與機構穩定性的模擬，這個實驗最後得到的趨勢與模擬所得到 趨勢也相符，數據顯示載重位置如果放置在機構最下方對維持機構 穩定性是比較有幫助的。

- 129 - 模型，並且透過 SolidWorks 的運動分析功能，對此攀爬機構原型機 構作運動模擬測詴後，發現該機構並非此項工作應用的最佳型式，

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6.2 未來展望

(一) 本研究的目標為可攀爬非等徑桿柱之機構設計改良，並未在 材質及結構強度進行完整的分析與評估，以後擬進行結構強度的 分析，以更符合現實環境的使用需求。於本論文之第四章中以 SolisWorks軟體模擬其運動狀態，雖然可證明本研究設計蠕動式 夾爪機器人已符合要求，但是離商品化的目標還有很長的距離，

因此希望在下一階段研究中，能將業界現有製造技術、常用之材 質及成本考量進去，以更能符合業界生產之需求。

(二) 本論文只作爬桿機構手爪的設計，並探討影響較大的幾個參 數，之後可繼續探討其他影響的參數如螺桿摩擦係數、馬達放置 位置等其他參數的影響，使設計爬桿機構時有更多參考依據。

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文獻回顧

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AutomationKobe International Conference Center,kobe, Japan, May

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