Design and analysis of rigid and compliant mechanisms :Doctor of philosophy - Major: Mechanical Engineering

國 立 高 雄 科 技 大 學

機械工程系博士班

博士論文

剛性與柔順機構的設計與分析

Design and Analysis of Rigid and Compliant

Mechanisms

研究生：黃裕泰

指導教授 ：黃世疇 教授

中華民國 108 年 6 月

剛性與柔順機構的設計與分析

Design and Analysis of Rigid and Compliant Mechanisms

學生：黃裕泰 Ngoc-Thai Huynh

指導教授：黃世疇 教授 Shyh-Chour Huang

國 立 高 雄 科 技 大 學

機械工程系博士班

博士論文

A dissertation

Submitted to

Department of Mechanical Engineering

National Kaohsiung University of Science and Technology

in Partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Doctor of Philosophy

in Mechanical Engineering

June 09, 2019

Kaohsiung, Taiwan, Republic of China

中華民國 108 年 6 月 9 日

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剛性與柔順機構的設計與分析

研究生：黃裕泰 指導教授：

黃世疇 教授

國立高雄科技大學

機械工程系博士班

摘 要

本論文研究第一目標為探討多剛體機構接頭的設計參數，如間隙尺寸，材料

特性，轉動間隙接頭摩擦，運轉速度，軸頸與軸承半徑等對其動態反應之影響；

第二個目標為設計新型撓性鉸鏈接頭，以改善這些傳統接頭的缺點。

首先設計一個具二個滑塊與七個轉動間隙接頭的曲柄滑塊機構，研究中以有

限元素法 ANSYS 分析該機構的動態特性。其次設計撓性鉸鏈的橋式柔性機構與張

力位移放大器，然後以有限元素法 ANSYS 分析其輸出位移與輸出應力。文中應用

田口方法，灰色關聯分析，熵測量技術，回歸方程與人工神經網絡等方法分析各

機構之最佳化組合參數。

研究結果顯示，這些參數對曲柄滑塊機構的動態反應有顯著影響。加速度與

接觸力的最佳結果分別為 186.45（m/s2）與 106.854（N），加速度誤差為 3.92

％，接觸力誤差為 9.99％。橋式柔性機構撓性鉸鏈的設計參數最佳化及實驗結果

一致，顯示其對輸出位移與輸出應力均有顯著影響。分析得到的最佳位移放大率，

田口方法為 71.2，回歸方程為 71.05，人工神經網絡為 79.21。最佳輸出應力結

果，田口方法為 73.44 MPa，回歸方程為 76.116 MPa，人工神經網絡為 73.362