Riki / mechatronicLab-detail
實驗室研究內容:
近五年之研究內容與主要研究成果說明
l 指導老師(李福星)近五年主要研究內容及成果如下:
指導老師李福星近年來致力於壓電材料控制應用、生醫光機電整合系統設計研製、綠色能源再生系統設計研製、微機電系統設計研製、及車用電子裝置研製等。
1 壓電材料控制應用
指導老師李福星近年來致力於智慧型材料如壓電陶瓷、磁縮及電縮材料等應用,探討材料內部應力應變場與電場或磁場交互作用關係,並分析這類材料中機電磁耦合特性,建立壓電材料在外加電場、磁場環境中機械動態行為模式。主持人所建立壓電材料工作模式,可廣泛應用於快速微動與精密定位致動器系統。在工業自動化技術應用上,指導老師已進行磁浮載具系統、線性暨旋轉壓電馬達、三自由度奈米平台、及多自由度壓電馬達系統設計與研製。同時,指導老師研究團隊開發一狀態補償反覆學習控制(SCILC)法則,可應用於壓電致動器循跡追蹤控制系統,亦進行相關理論探討和控制器設計規劃,實證可達到最佳循跡追蹤效能,研究成果已發表多篇國際期刊,可為理論進階基礎與後續應用實作驗證。
2生醫光機電整合系統設計研製
A. 醫療用精密手持器具制振系統
指導老師目前進行研製一精密手持器具原型,包括撓性機構模組、應變規震顫感測訊號處理模組、壓電致動器模組、及補償震顫控制器模組,可偵測手持部非自主性週期震顫,並快速精準的補償手持器具尖端位移誤差。
B. 壓電致動生醫光學檢測系統
指導老師曾針對生醫碟片(BioCD)檢測功能,設計開發一壓電型光學檢測致動平台,成功結合光學變焦及嵌入控制架構。該系統檢測影像可透過變焦鏡頭縮放擷取影像,並可用共軛焦架構針孔(pinhole)設計進行空間濾波,調整鏡組系統匯聚焦點位置,達到所需檢體光學切片功能。
C. 光脈衝刺激穴位誘發痛覺架構
指導老師曾探討人類痛覺與穴道位置相關架構,針對腳部特定穴位施予非同調密集光脈衝,量測其腦部特定處感受該穴位痛覺關係,實驗顯示該特定處誘發腦電波斜率驟昇,同時定義痛覺函數描述光脈衝刺激強度與痛覺反應關係,可做為該穴位受刺激引發痛覺之腦部反應指標。
D. 嵌入式控制核心架構
指導老師曾研製一嵌入式控制硬體架構雛形,執行DSP專用多工作業系統即時控制。該系統硬體採用DSP晶片為嵌入式系統運算核心,輔以FPGA晶片做週邊中介控制,並移植一多工作業系統核心,嵌入該DSP晶片發展即時控制應用程式,可經一自行研製驅動控制電路板(DSP Controller Board),以多工方式控制一壓電致動奈米平台。該奈米平台系統架構包括壓電致動器、感測器、控制電路、及精密定位控制策略等。該研究同時開發適應性模糊控制法則,微調該平台壓電致動器行為模式,並改良壓電致動迴授系統設計,可實施奈米平台系統精密定位控制策略。
E. 液晶面板原材光譜自動化檢測
指導老師曾設計研製影像即時迴授自動曝光對位系統,並開發彩色濾光片全自動檢測設備與檢測系統,可透過自行組立數位訊號處理微光譜儀裝置,對受測彩色濾光片進行色彩分析及品質統計,藉以判定整塊彩色濾光片各區域像素點色彩分佈優劣,做為相關業界製程參數修正參考。
3 綠色能源再生系統設計研製
A. 風力暨海浪綠色能源再生系統
指導老師曾開發一組兼具有風力及海浪發電功能之機組,其運轉形式依據波浪上下振動特性設計,利用海浪驅動機構扭轉複數個柱狀壓電結構,可擷取海浪動能並以正壓電效應轉換成電能;風力方面設計應用風能旋轉葉片方式,以旋轉動能驅動複數個壓電材料產生電力,完成該複合式壓電能量轉換機構。
B. 太陽輻射熱能綠色能源再生系統
指導老師曾開發可擷取太陽輻射熱能,經壓電材料結構轉換發電雛形系統,主要包括菲涅爾透鏡及弧面反射鏡聚焦擷取太陽熱能,經由自製史特靈引擎轉換熱能輸出旋轉機械動能,再驅動壓電材料結構受力形變輸出電能,傳送至電力輸出處理與蓄能電路應用,經實驗組立整合所有模組測試,驗證具有電能輸出驅動小型電路負載功能。
4 車用電子裝置開發
A. 機車電子控制噴油點火裝置研製
指導老師曾進行高速機車引擎噴油點火控制器開發研究計畫共三年,成功研製高速引擎電子噴油點火控制器,藉由理論分析與實驗量測,探討引擎動作各階段噴油與點火動態,並配合電腦輔助模擬分析工具,建構該引擎理論轉矩輸出模式,同時配合歧管動態與噴油模式,建構完整四行程引擎電控動態模式。
B. 智慧型盲點消除系統研製
指導老師曾輔助業界研製車輛後視鏡智慧型盲點消除裝置,並移轉個別後視鏡兩自由度偏擺及中控應用程式技術,由廠商在世貿國際車用電子展示獲得外商訂單。(華梵大學與校外建教合作計畫)
C. ABS驅動器系統研製
指導老師曾輔助業界研製裕隆車用ABS驅動器裝置,並移轉技術協助廠商至裕隆三義廠生產線,現場裝設本實驗室開發控制裝置進行生產。(華梵大學與校外建教合作計畫)
5 微機電系統設計與研製
A. 電熱致動系統
指導老師曾採用BioMEMS微製程技術,設計並研製電熱致動系統,包括微流道、微閥門及微幫浦等元件,主要以BioMEMS面型微加工技術中光阻塗佈、RIE蝕刻方法,及體型微加工技術中TMAH蝕刻方法達成,最後再以紅外線熱量測薄膜元件溫度分佈,再以FFT動態信號分析儀及雷射位移感測系統,量測微幫浦薄膜電熱致動性能。
B. 電容式微型超音波元件
指導老師曾應用標準CMOS製程和微機電製程技術MEMS,設計製作微電容式超音波換能器(CMUT),透過換能器等效行為探討及有限元素法模擬分析,瞭解該換能器薄膜材料、結構尺寸、自然共振頻率、和薄膜導電產生激振頻率等資訊,最後成功激振該製作結構產生設定超音波訊號。