本論文之研究主要探討非充分致動葛氏機械手指，在單一指節於抓握物體時，機構所造成之彈離現象。首先，推導機構的力學模式作為抓握力平衡之判別，並利用機械手指與接觸物體表面之間的摩擦係數變化為機構抓握力平衡之補償；其次，透過軟體模擬分析非充分致動機構的動作方式並印證指節抓握物體之力平衡關係。最後，建立一非充分致動機構抓握力設計之流程，以提供設計者在義肢、機械手及操縱器等機構設計與應用。

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目 錄
目錄………………………………………………………………………....i
圖目錄…………………………………………………………………......iii
表目錄…………………………………………………...………...……...vii
摘要…………………………………………………...……………….…viii
第一章 緒論.................................................................................................1
1.1 研究動機與目的..……………………………………………..….1
1.2 文獻回顧……………………………………………………….....8
1.3 論文架構…………………………………………………..…….12
第二章 非充分致動機構之設計……………………………………..….14
2.1 非充分致動機構的基本定義………………………………..…14
2.2 非充分致動機構專利解析………………………………..……15
2.3 非充分致動機構之順應性…………………………………..…23
2.4 TH-1機械手之介紹與比較…..……………………………...…23
2.4.1 TH-1機械手之拇指關節設計…………...…………….24
2.4.2 TH-1機械手之其他四指關節機構設計……….......….25
2.4.3 TH-1指節抓握力之分析…………………………...….29
2.5 優缺點之比較……………………...…………………………...31
第三章 非充分致動機構之抓握平衡論………………………...…...….32
3.1 指節之靜態平衡方程式…………………………………..……32
3.2 指節之作動分析………………………………………………..37
3.3 指節之抓握彈離現象………………………………………..…40
3.4 指節之平衡點方程式………………………………………..…44
第四章 模擬分析與結果…………………………………………..…...49
4.1 機構之運動分析…………………………………………..……49
4.2 機構之模擬流程…………………………………………..……57
4.3 數據分析…………………………………………………..……59
4.3.1 指節機構內部作動之分析………...……………..…....59
4.3.2 指節受力與轉動角度之分析……...……………..……64
4.3.3 抓握受力彈離現象之分析……………...………..……68
4.4 實例模擬…………………………………………………..……77
第五章 結論………………………………………………………..…...87
參考文獻……………………………………………………………..…...88
附錄…………………………………………………………………..…...91



圖目錄

圖1.1 上肢骨(右側)………………………………………………….…1
圖1.2 手指對立運動模型……………………………………………...2
圖1.3 食指各部關節…………………………………………………...3
圖1.4 食指伸展與屈曲之肌肉示意圖………………………………...3
圖1.5 指節屈曲運動示意圖…………………………………………...4
圖1.6 指節伸展運動示意圖…………………………………………...4
圖1.7 各機械手示意圖………………………...………………………6
圖1.8 人類手指構造與關節彎曲角度表示法……………....……..….9
圖1.9 (a)sliding-contact (b)(c)rolling-contact (d)hinge…………….…..10
圖1.10 Lotti提出手指一體成形原型……………………………….…10
圖1.11 似食指屈肌腱與伸肌腱的模擬原型……………………..……11
圖1.12 葛氏兩自由度指節機構示意圖…………….………………….11
圖2.1 兩自由度非充分致動機構之作動閉合過程……………..…...14
圖2.2 1998年美國專利第5762390編號…………………..………..16
圖2.3 1998年美國專利第5762390編號單指間關節正視圖……....17
圖2.4 1998年美國專利第5762390編號單指間關節元件細部詳圖.18
圖2.5 1998年美國專利第5762390編號單指節拆解雙層機構詳圖.19
圖2.6 1998年美國專利編號5762390單指節作動模擬…………….20
圖2.7 2003年美國專利第6505870 B1編號………….…..…………21
圖2.8 2003年美國專利第6669257 B2編號……………….………..22
圖2.9 非充分致動TH-1機械手之大拇指示意圖……..………….…24
圖2.10 TH-1機械手其他四指關節之設計構型………………………25
圖2.11 TH-1機械手指節構造詳圖……………………………………27
圖2.12 TH-1機械手抓握過程………………………………………...27
圖2.13 TH-1手指抓握物件受力示意圖……………………………...29
圖3.1 葛氏機械手指示意圖………………………………………….32
圖3.2 葛氏機械手指抓握過程……………………………………….33
圖3.3 單點接觸之穩態與非穩態結構示意圖…….......……………..37
圖3.4 兩點接觸之穩態與非穩態結構示意圖……………………….38
圖3.5 葛氏機械手指回彈現象示意圖……………………………….40
圖3.6 指1之 與k2/L2動作關係圖………………………….……….42
圖3.7 指2之 與k2/L2動作關係圖……………….………………….42
圖3.8 指1抓握平衡位置 之影響關係圖………….………………45
圖3.9 指1抓握平衡位置 之影響關係圖……………………………45
圖3.10　(a)平行四連桿原型(b)最佳構型……………..………………..46
圖3.11 指3之 與k2/L2動作關係圖……….…………………………48
圖4.1 葛氏機械手指機構示意圖…………………………………….50
圖4.2 單點接觸之整體指節及其構件自由體圖…………………….52
圖4.3 兩點接觸之構件自由體圖…………………………………….55
圖4.4 公式推導之餘弦關係曲線…………………………………….56
圖4.5 指節機構尺寸圖……………………………………………….57
圖4.6 模擬流程圖…………………………………………………….58
圖4.7 與 之關係曲線……………………………………….…….59
圖4.8 與 之關係曲線………………………………………….….60
圖4.9 h與 之關係曲線……………………………………………..61
圖4.10 葛氏機械手指抓握區域之綜合關係圖…………...…………..62
圖4.11 本文推導k2與θ2之關係曲線圖………….……....…………..63
圖4.12 單點抓握之末端指節受力與作動角度θ2之關係曲線圖…....64
圖4.13 兩點接觸之末端指節受力與作動角度θ2之關係曲線圖…....65
圖4.14 兩點接觸之末端指節受力與k1之關係曲線圖........................66
圖4.15 摩擦力之示意圖.........................................................................72
圖4.16 指1摩擦力與夾握物體高度位置之關係曲線………….……73
圖4.17 指2摩擦力與夾握物體高度位置之關係曲線………….……74
圖4.18 指3摩擦力與夾握物體高度位置之關係曲線………….……74
圖4.19 非充分致動機構抓握力設計之流程…..……..……………….76
圖4.20 指2之抓握作動示意圖………….…..…………….…………..77
圖4.21 指3之抓握作動示意圖…………….……..…………….……..78
圖4.22 指1之抓握作動示意圖…………...…………………….……..80
圖4.23 滑槽式指1之作動示意圖…………...………………….……..81
圖4.24 滑槽式指3之作動示意圖…………...………………….……..82
圖4.25 新構型作動簡圖………...………...…………………….……..83
圖4.26 新構型指節示意圖……...………...…………………….……..84
圖4.27 新構型指節各部構件示意圖…………...…………...….……..86















表目錄
表2-1 葛氏機械手與TH-1機械手之構型對照表…………………….31
表3-1 葛氏機械手幾何結構參數因子………………………………...41
表3-2 葛氏機械手最佳化幾何結構參數因子………………………...47
表4-1 指1抓握力之彈離關係表………………………..….…………69
表4-2 指2抓握力之彈離關係表………………………………………69
表4-3 指3抓握力之彈離關係表………………………………………69
表4-4 指1考慮摩擦值之抓握力關係表…………………...…………70
表4-5 指2考慮摩擦值之抓握力關係表………………………………70
表4-6 指3考慮摩擦值之抓握力關係表………………………………70

　　　　　　　　　　參考文獻
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