微機電順從機構的拓樸最佳化及設計(III)

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題名:	微機電順從機構的拓樸最佳化及設計(III)
其他題名:	Topological Design Optimization in Compliant Mechanisms for Micro-Electro Mechanical Systems (III)
作者:	史建中
貢獻者:	淡江大學機械與機電工程學系
關鍵詞:	拓樸最佳化;微機電系統;順從度機構;最佳化工程設計;電腦輔助工程設計;多領域結構最佳化
日期:	2004
上傳時間:	2009-03-16 15:53:01 (UTC+8)
摘要:	近年來電子技術的高度發展導引了機械與電子的結合發展，也應運而生微小尺寸的機電單元物件的觀念。人們已能應用積體電路的製造科技，進一步發展微機電系統的元件製造及應用研究，使得這門科技如旭日東昇般的成長。截至目前為止，已有諸多的感應器，致動器被試製成功，接著也試製成功了部份的基本微小型機械構造元件；同時，微觀力學等相關理論基礎也正熱烈的展開研究。雖然製造基本微機電結構及元件的技術已日趨成熟，但是仍難以替代一般傳統的機械元件及日常器具（除了部分隨用隨棄之消耗品已經達到實用階段之外）。經研究得知，微機電結構及元件仍不能普及應用的主要原因可歸納為：1. 系統化設計能力缺乏，導致開發時間太長。 2. 穩定性及可靠性仍低，以致增加了成本及提高了風險。 3. 微觀的理論基礎尚未完全建立。經分析前兩項的原因得知，大都由於研發人員及工程師們在有效設計方面的能力不足。因此本研究計畫的目的即是研究發展可行的微機構系統電腦化設計方法程序，期能建立微小順從度機構的拓樸構造，可提供細部機構設計之前置模型及形態，後續方可提供試製成品的藍圖，期望最終可提供微機電系統結構與機構之最佳主體。於原研究計畫書 (計畫編號：NSC 91-2212-E-032-004，第一年執行期間：91 年8 月1 日至92 年7 月31 日) 之研究計劃，預計為三年期實施完成。第一年的計畫執行階段 (91.8 至92.7) 之研發及植根拓樸最佳化設計基礎方面，其主要的研究重點依序為：(1)文獻收集 (2)拓樸最佳化設計原理 (3)靜載下的剛性拓樸最佳化設計 (4)靜載下的初級撓性拓樸最佳化設計。其中第(2)及(3)項重點工作(第一年)是做為研究撓性順從度機構設計的基石。正在進行中的第二年計畫 (NSC-92-2212-E-032-014，執行期間：92.8 至93.7) 已完成由原Fortran 程式發展成MathLab 程式，同時完成近似最佳化技術，可有效執行設計計算求解。過濾器的功能也經設計實例證實具有去除棋盤現象之缺失。經設計案例證實，我們的程式設計結果已比世界級水準的結果還好。此開發成功的撓性順從度拓樸機構設計方法與程序，已能應用在印字頭及微爪機構設計上。預定中的第三年研究計畫(執行期間：93.8 至94.7) 將進一步研發撓性接頭 (Flexure hinges) 的分析與設計運用，期能改善虛擬剛體法的設計，重新建構虛擬剛體法的設計程序技術。並將此撓性接頭的分析技術應用於拓樸設計過程中或應用於其後置作業設計上，這是撓性拓樸機構設計相當重要的研究發展。此階段的設計案例研發包括U 型熱致動微爪，V 型多重熱致動微爪等微爪系列，定位平台及致動器等的研發。同時對於設計可靠度及多目標性能的拓樸最佳設計研發亦一併考慮為附加的設計特色。另外，變動負載下的拓樸最佳化設計亦是可研究發展的方向。本計畫預定的第三年期，將投入兩位博士班及數位碩士班研究生的參與執行，期能建立解大型複雜設計題目的基礎能力。未來的研究計劃可朝向與相關研發機構 (淡江大學微機電系統研究室，台灣大學應用力學研究所及新竹工業技術研究院) 展開合作，依據經執行本計劃所得之設計結果為藍圖，進行試製與實驗。期能使我國之現有順從機構設計研究植下厚實基礎，進一步能自力研發並供給業界應用。其研究之過程可培訓我國碩、博士高等研究人才，其研究成果可撰作學術論文及貢獻學術界，並提升我國之國際研發學術水準。
顯示於類別:	[機械與機電工程學系暨研究所] 研究報告

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