硬體設計的概念採用無段變速系統(Continuously Variable Transmission , CVT)的設計概念，在汽車工業中為一種傳動系統，可在汽車行進過程中提 供連續、無段的速度變化，無段變速的原理為改變動力輸入盤及動力輸出 盤的半徑大小，造成動力輸入之力臂與動力輸出之力臂改變，進而產生速 度的變化(圖3-2)，因此本研究將此概念應用於拔河機上，拔河機如圖3-3所 示，將阻力接於動力輸出端，將繩子接於動力輸入端，藉由變速器來達到 拔河進攻動作與防守動作時阻力改變之效果，以一伺服馬達來作為控制變 速系統的動力來源，並以一電子張力計固定於動力輸入端與繩子之間傳送 力量資訊至人機控制介面，作為伺服馬達的訊號回饋，擷取頻率1000Hz。
(動力輸入端） (動力輸出端） (動力輸入端） (動力輸出端）
圖3-2、無段變速原理
依照設計概念，該拔河機大致分為：阻力區、阻力傳動區兩個部份，
裝置包含：
阻力區（圖3-4）：如同傳統式拔河訓練機
1. 滑軌：為兩根長2.5公尺的鋼柱，提供槓片行進軌跡，在槓片被拉 起時可以達到穩定槓片、減少晃動之效果。
2. 槓片（固定阻力）：每片10公斤、總數10片共100公斤的槓片提 供固定的阻力來源。
3. 插銷：以插銷的方式固定槓片的數目、決定阻力的大小。
圖3-3、可變阻力拔河機系統機構 電子張力計
無段變速系統
4. 鋼索與滑輪：鋼索連結插銷透過滑軌頂端的滑輪將阻力連結至阻 力傳動區。
阻力傳動區（圖3-5）：
• 阻力盤：與鋼索連接將阻力與變速系統連結。
• 施力盤：聯結變速系統與電子張力計（施力端），旋轉方向與動 力輸出盤相同，但鋼索纏繞方向相反造成一邊收一邊放的效果，
透過此方式連結阻力與施力。
滑軌
槓片（阻力）
插銷 滑輪
圖3-4、阻力區
阻力端 施力端
無段變速系統
圖3-5、阻力傳動區
• 無段變速系統：聯結阻力端與施力端，藉由變速系統造成阻力端 與施力端轉速不同達到阻力變化的效果。
無段變速系統設計：
如圖3-6所示，無段變速系統大致可以分為三大部份：
1.施力端與錐狀體部份 2.阻力端與導輪部份
3.伺服馬達（TECO JSMA-SC04AB）與螺軌部份
圖3-6、無段變速系統 施力端與錐狀體部份
阻力端與導 輪部份 伺服馬達與
螺軌部份
施力端與錐狀體部份 ，如圖3-7所示，左方黑色的圓盤為施力盤，與施 力端聯結，右方錐狀的物體為整個設計的基本概念所在，藉由錐狀盤不同 的半徑長度造成不同的力臂長度進而產生阻力變化效果（如表3-1、圖3-7-2所示）。
圖3-7、 施力端與錐狀體部份
錐狀盤 施力盤
錐狀體斜面方程式：Y(圓半徑)=0.357X(長軸位置)+2.5 表3-1、不同長軸位置之半徑長度（cm）
長軸位置 半徑長度
0 2.50
1 2.86
2 3.21
3 3.57
4 3.93
5 4.29
6 4.64
7 5.00
8 5.36
9 5.71
10 6.07
11 6.43
12 6.78
圖3-7-2、錐狀盤
阻力端與導輪部份，如圖3-8所示，為聯接阻力盤以及施力盤的橋樑，
B部份上的導輪與A部份的錐狀盤接觸，將力量由阻力端經由導輪與錐狀 體間的接觸傳至施力端。
伺服馬達與螺軌部份 ，如圖3-9所示，為伺服馬達以及傳動部份，上方 平台連接B部份，並提供兩個自由度（前後、左右方向）的動作，移動B部 份使導輪平貼於錐狀盤移動進而獲得不同長度的力臂，達到阻力變化的效 果。
圖3-8、 阻力端與導輪部份 阻力盤
導輪
導輪臂