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系統識別號 U0002-1307201917034900
中文論文名稱 機械手臂於數位製造及構築之應用—以金屬加工為例
英文論文名稱 Applying Robot Arm for Digital Fabrication and Tectonic —Take Metalworking as an Example.
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 建築學系碩士班
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 林晉瑩
研究生英文姓名 Chin-Ying Lin
學號 606360021
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2019-06-22
論文頁數 195頁
口試委員 指導教授-陳珍誠
共同指導教授-柯純融
委員-倪順成
委員-張恭領
中文關鍵字 機器人  機械手臂製造  金屬加工  參數化模型  材料性 
英文關鍵字 Robot  Robotic Fabrication  Metal Processing  Parametric Modeling  Materiality 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 1980年代日本的建築行業開始投入機器人於建築建造領域中的研究,然而當時的應用仍帶有著現代主義中大量複製生產的影子。隨著CAD/CAM電腦輔助設計與製造技術、參數化建模(Parametric Modeling)、網際網路信息傳遞等科技發達,自2006年後陸續出現了許多將機械手臂應用於建築的案例,迎接客製化生產的時代來臨。機械手臂的通用性最適合執行客製化與具多功能性的任務,機械手臂可執行的工作性質與目標工件所接觸的「末端執行器(End-Effector)」設計息息相關,因此可達到一機多用的功能。今日,金屬加工的種類已日趨繁複,需對應至許多不同的設備,在此數位時代嘗試以金屬材料為主的機械手臂製造(Robotic Fabrication)並探討金屬的材料性(Materiality),是本研究的重要課題。

本研究主要步驟包括基礎建築機器人知識的建立、機器人離線編程(Robotic Off-line Programming)與機器人製造,研究內容如下:
1. 透過文獻回顧建立與機器人相關的知識,並整理金屬材料的加工方法,選擇適合後續研究操作的加工種類。
2. 依加工種類個別進行不同的機械手臂實際操作,分別為:加工環境設置、初步測試及進階操作等由淺入深的安排方式,並透過實際模型的製作確認加工方法是否成立。
3. 回顧研究操作中的加工經驗,並與傳統加工方法相比較,於最後建立數套機器人輔助製造的設計流程,以供後續研究發展使用。

本研究以參數化模型、離線編程嘗試機械手臂的金屬加工程序,並依加工種類分別進行模擬,製作成實際尺度的完成品後,建立多套機器人輔助製造的設計流程。期待本研究的完成能夠對於機器人建造於建築上的應用產生些想像,並對於未來這方面的研究者有些參考的價值。
英文摘要 In the 1980s, the architecture industry in Japan began investing heavily in robot research in field of building construction. At the time, architecture components were still produced by the modern mindset of mass repetitive manufacturing. As computer-aided drawing (CAD), computer-aided manufacture (CAM), parametric modeling, and internet developed; since 2006 we have seen more and more architecture projects that have taken advantage of robotic arms to build customized designs. Robotic fabrication is most commonly seen in cases that require a specialized design or highly complex usages. The application of the robot arm is greatly depended on the end-effector used by the target workpiece; therefore, we can achieve a machine that takes care of multiple purposes, or a multi-purpose machine. Today, the types of metal processing have gotten increasingly complex to the point where the material must adapt to various kinds of processing equipment. The main subject of study in this digital age is to explore the materiality of metal and use it as the primary material in robotic fabrication.

The major phases of this research include a set-up of the architecture foundation for robotic intelligence, robotic offline programming, and robotic fabrication. The layout of the research is as follows:
1. Through literature reviews, establish a common robotic knowledge database while organizing a detailed list of the different types of metal processing procedures. This preliminary set up will allow us to choose the most suitable options for the next phase of the research.
2. By using the robotic arm, individual simulations will be conducted for each type of metal processing listed above. These simulations may include an installation of the processing environment, initial testing as well as advanced operation, all of which will be arranged through a gradual increase in overall difficulty. In addition, a 1:1 scale model will be produced at the completion of the research to confirm the validity of the metal processing.
3. By reviewing the knowledge gained from the metal processing simulation, and then comparing it with traditional metal processing methods, multiple robotic aided manufacturing design processes can be established for later research and development.

This research aims to use parametric modelling and offline programming for robotic arms to assist with the metal processing procedure. In addition, each metal processing will undergo its own simulation in order to create a life size model. This finished product will ultimately help create and become the foundation for various applications of the robotic aided manufacturing process. Looking forward to the completion of this research and the impact it will bring for more creative applications of robotic fabrication in architecture. Hope that the results from this study will be a great source of reference and value for future researchers.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1-1 前言:數位時代的建築設計 2
1-1-1 數位製造與建築 2
1-1-2 參數化建模與建築設計 3
1-1-3機器人與建築結合的意義 6
1-2 研究動機 7
1-2-1大學時期金屬材料設計的延續 7
1-2-2 建立機器人製造的設計流程 8
1-2-3 探討金屬加工未來的可能性 8
1-2-4 思考數位建築的新面向 9
1-3 研究目的 10
1-3-1 了解金屬的加工方法及構造方式 10
1-3-2 將機器人與金屬加工設計結合 11
1-3-3嘗試實驗性的金屬加工及構築 12
1-4 相關領域 13
1-4-1 金工 13
1-4-2 機器人學 13
1-4-3 設計-建造 13
1-4-4 參數化建模 13
1-5 研究流程 14
1-6 研究成果 15
第二章 文獻回顧 17
2-1 自動化技術與建築領域 18
2-1-1自動化沿革 18
2-1-2機器人的發展 20
2-1-3 建造用機器人 22
2-1-4 邁向工業4.0 26
2-2 機器人相關書籍及網頁 27
2-2-1 The Robotic Touch 27
2-2-2 Rob|Arch Conference 28
2-2-3 建築機器人建造 30
2-2-4 相關網頁 30
2-3金屬加工分類 32
2-3-1 切削性加工 33
2-3-2 非切削性加工 35
2-4 金屬構造方法 41
2-4-1建築用金屬材料 41
2-4-2 鋼與鋁的結構類別 42
2-5 相關案例研究 44
2-5-1 Rainbow Gate, 2011 44
2-5-2 Arum, 2012 45
2-5-3 Surface to Form Pavilion, 2016 46
2-5-4 Mata Fold, 2018 46
2-5-5 Metallic Space, 2018 47
2-6 機器人周邊設備 48
2-6-1 廠牌介紹 48
2-6-2 種類與應用 49
2-6-3軟硬體設備 52
2-6-4 機械手臂運動學 62
2-6-5 機械手臂運作流程圖 65
2-7 小結 66
第三章 機械手臂金屬板雕刻加工 69
3-1 雕刻加工研究 70
3-1-1 傳統雕刻加工 70
3-1-2 機械雕刻加工 70
3-1-3 雕刻加工之應用 70
3-2 工具設置與前置作業 71
3-2-1 環境設置 71
3-2-2 雕刻工具頭與輔具 72
3-2-3 機械手臂加工編程腳本 74
3-3 線條雕刻測試 76
3-3-1 設計說明 76
3-3-2 加工過程與成品 77
3-3-3 問題與檢討 78
3-4 連續線條雕刻 78
3-4-1 設計說明 78
3-4-2 加工過程與成品 79
3-4-3 問題與檢討 81
3-5 小結 81
3-5-1 過程回顧與資料整理 81
3-5-2機械手臂金屬板雕刻加工之分析 81
3-5-3 後續操作建議 82
第四章 機械手臂金屬板彎折加工 83
4-1 板金加工研究 84
4-1-1 手工板金彎折 84
4-1-2 機械板金彎折 85
4-1-3 彎折加工之應用 85
4-2 工具設置與前置作業 86
4-2-1 環境設置 86
4-2-2 彎折工具頭與輔具 87
4-2-3 機械手臂加工編程腳本 90
4-3 吸盤彎折測試 92
4-3-1 設計說明 92
4-3-2 加工過程與成品 93
4-3-3 問題與檢討 94
4-4 吸盤曲線彎折 95
4-4-1 設計說明 95
4-4-2 加工過程與成品 95
4-4-3 問題與檢討 97
4-5 吸盤連續彎折 97
4-5-1 設計說明 97
4-5-2 加工過程與成品 98
4-5-3 問題與檢討 98
4-5 小結 99
4-6-1 過程回顧與資料整理 99
4-6-2機械手臂金屬板彎折加工之分析 100
4-6-3 後續操作建議 100
第五章 機械手臂金屬線彎折加工 101
5-1 線材彎折加工研究 102
5-1-1 傳統線材彎折加工 102
5-1-2 機械線材彎折加工 102
5-1-3 線材彎折加工之應用 103
5-2 扭軸彎折 104
5-2-1 環境設置 104
5-2-2 彎折工具頭 105
5-2-3 機械手臂加工編程腳本 106
5-3 線材扭軸彎折測試 109
5-3-1 設計說明 109
5-3-2 加工過程與成品 110
5-3-3 問題與檢討 112
5-4 線材扭軸連續彎折 113
5-4-1 設計說明 113
5-4-2 加工過程與成品 114
5-4-3 問題與檢討 115
5-5 雙夾爪彎折 116
5-5-1 環境設置 116
5-5-2 彎折工具頭與工具中心點 117
5-5-3 機械手臂加工編程腳本 118
5-6 雙夾爪彎折測試 120
5-6-1 設計說明 120
5-6-2 加工過程與成品 121
5-6-3 問題與檢討 123
5-8 小結 124
5-8-1 過程回顧與資料整理 124
5-8-2 機械手臂金屬線彎折之分析 125
5-8-3 後續操作建議 125
第六章 機械手臂與定位器協同金屬線彎折加工 127
6-1 前導操作 128
6-1-1 環境設置 128
6-1-2 加工編程腳本 130
6-1-3 彎折測試 131
6-2 定位器彎折 132
6-2-1 環境設置 132
6-2-2 彎折工具頭與輔具 133
6-2-3 機械手臂加工編程腳本 138
6-3 回彈角度模型建立 141
6-3-1 機器學習 141
6-3-2 回歸分析與回彈角 142
6-4 定位器連續線材彎折I 143
6-4-1 設計說明 143
6-4-2 加工過程與成品 144
6-4-3 問題與討論 145
6-5 定位器連續線材彎折II 147
6-5-1 設計說明 147
6-4-2 加工過程與成品 149
6-5-3 問題與討論 151
6-6 定位器連續線材彎折III 151
6-6-1 設計說明 151
6-6-2 加工過程與成品 154
6-6-3 問題與討論 155
6-7 小結 156
6-7-1 過程回顧與資料整理 156
6-7-2 機械手臂與定位器協同金屬線彎折加工之分析 157
6-7-3 後續操作建議 157
第七章 結論 159
7-1 研究成果與回顧 160
7-1-1 機械手臂輔助製造之流程 160
7-1-2 加工方法之選擇 161
7-1-3 機械手臂加工環境之建立 161
7-1-4 作品回顧與討論 163
7-2 機器人於建築領域之應用 166
7-2-1 通用性機器人與多功能性設計 166
7-2-2 數位藍領建築師 166
7-2-3 展望人機共存的未來 167
7-3 後續研究發展與建議 167
7-3-1 硬體建議 168
7-3-2 軟體與知識建立 168
參考文獻 170
附錄 172
附錄一 Robots模型資料庫建立 172
附錄二 2019淡江建築船沉之機械手臂製造工作營 176
附錄三 口試版面 179
附錄四 GH編程圖 181
圖片來源 189

圖目錄
【圖1-1】Eisenman 於1987 為法蘭克福大學生物學中心的平面設計2
【圖1-2】Iwamoto 的著作2
【圖1-3】Gaudi 的懸鍊線模型3
【圖1-4】Moretti 於羅馬奧林匹克體育場的設計3
【圖1-5】Sutherland 以光電筆繪製圖形4
【圖1-6】Revit 的系列參數化組件4
【圖1-7】Explicit History 初版介面5
【圖1-8】GH 中對於資料的顯示5
【圖1-9】Winery Gantenbein, Gramazio & Kohler Architects, 20066
【圖1-10】大四設計操作:Metal Folding7
【圖1-11】金功課程試作,材料925 銀7
【圖1-12】畢業設計:Metallic Textiles in the Digital Age7
【圖1-13】畢業設計作品側面7
【圖1-14】D60, Karl Friedrich Schinkel, 1820 11
【圖1-15】機器人輔助金屬加工 11
【圖1-16】研究流程圖 14
【圖2-1】機械鴿復原模型 18
【圖2-2】半自動裝配機 18
【圖2-3】Unimate 用於金屬加工工件之提取 20
【圖2-4】Standford Arm 21
【圖2-5】ABB IRB-6 21
【圖2-6】KUKA IR 601/60 21
【圖2-7】Villemard 的畫作 22
【圖2-8】清水建設的飾面機器人 22
【圖2-9】SMART System 建造流程圖 22
【圖2-10】SMART System 所建立的十六銀行大樓,名古屋,1994 22
【圖2-11】ROCCO 機器人拾取辨識 23
【圖2-12】ROCCO 所要辨識的不同單元 23
【圖2-13】Iridescence Print, Gramazio & Kohler Reasearch, 2018 23
【圖2-14】機器人熱線切割,可切割直紋曲面 24
【圖2-15】機器人熱刀切割,以三個機器人控制,可切割複雜曲面 24
【圖2-16】Odico 對於切割曲面的表面加工 25
【圖2-17】Thallus Sculpture, 2017 25
【圖2-18】The Opus Building, 位於Dubai, 2018 25
【圖2-19】Fjordenhus, 位於丹麥Vejle, 2018 落成 25
【圖2-20】Fjordenhus 25
【圖2-21】自動化發展進程 26
【圖2-22】Robotic Touch 27
【圖2-23】The Association for Robots in Architecture 28
【圖2-24】Rob|Arch 2018 28
【圖2-25】協會會員國家分布圖 29
【圖2-26】建築機器人建造 30
【圖2-27】協會官方入口 30
【圖2-28】協會Vimeo 入口 30
【圖2-29】DFAB 官方入口 31
【圖2-30】Gramazio Kohler 官方入口 31
【圖2-31】Gramazio Kohler Vimeo 入口 31
【圖2-32】Gramazio Kohler IG 入口 31
【圖2-33】ArchDaily 官方入口 31
【圖2-34】金屬加工分類 32
【圖2-35】車削 33
【圖2-36】銑削 33
【圖2-37】刨削 34
【圖2-38】磨削 34
【圖2-39】鑽削 34
【圖2-40】雷射加工 34
【圖2-41】水噴射加工 35
【圖2-42】化學銑切 35
【圖2-43】超音波加工 35
【圖2-44】鑄造 35
【圖2-45】鍛造 36
【圖2-46】沖壓 36
【圖2-47】擠製 36
【圖2-48】滾軋 37
【圖2-49】彎曲 37
【圖2-50】旋壓 37
【圖2-51】電鍍 37
【圖2-52】拋光 38
【圖2-53】噴敷 38
【圖2-54】焊接 38
【圖2-55】鉚接 38
【圖2-56】螺栓接合 38
【圖2-57】退火 39
【圖2-58】正火 39
【圖2-59】淬火 39
【圖2-60】回火 40
【圖2-61】水立方,2008 42
【圖2-62】日本明石海峽吊橋,1998 42
【圖2-63】Aluminum eco-material house, 難波和彥, 1999 43
【圖2-64】Ecoms House, 山本里顯, 2004 43
【圖2-65】工研院全鋁實驗屋, 新竹, 2001 43
【圖2-66】中國現代五項賽事中心游泳擊劍館, 2010 43
【圖2-67】南京牛首山佛頂宮, 2016 43
【圖2-68】Rainbow Gate 44
【圖2-69】以輔具輔助摺疊面的焊接 44
【圖2-70】Arum 45
【圖2-71】Arum 細節 45
【圖2-72】RoboFold 以兩台手臂進行加工的過程 45
【圖2-73】Surface to Form Pavilion 46
【圖2-74】Surface to Form Pavilion 46
【圖2-75】Meta Fold 47
【圖2-76】Meta Fold 47
【圖2-77】Metallic Space 47
【圖2-78】俯視角度的機械手臂與折彎機 47
【圖2-79】ABB 48
【圖2-80】ABB 機器人 48
【圖2-81】KUKA 48
【圖2-82】KUKA 機器人 48
【圖2-83】Universal Robots 49
【圖2-84】Universal Robots 49
【圖2-85】線性機器人移動方式與工作範圍 50
【圖2-86】龍門式雕刻機 50
【圖2-87】SCARA 機器人移動方式與工作範圍 50
【圖2-88】MITSUBISHI 的SCARA 機器人 50
【圖2-89】六軸機械手臂移動方式與工作範圍 51
【圖2-90】7-DOF LBR iiwa, KUKA 51
【圖2-91】並聯式機器人移動方式與工作範圍 51
【圖2-92】並聯式機器人 51
【圖2-93】機械手臂的周邊基本硬體設備 52
【圖2-94】機械手臂本體 52
【圖2-95】電動夾爪 53
【圖2-96】氣動夾爪 53
【圖2-97】磁力夾具 53
【圖2-98】磁力夾具 53
【圖2-99】平型吸盤 54
【圖2-100】波紋吸盤 54
【圖2-101】吸盤架 54
【圖2-102】去毛刺工具 55
【圖2-103】進行拋光的機械手臂 55
【圖2-104】客製化工具 55
【圖2-105】客製化工具 55
【圖2-106】UR 示教器正面 56
【圖2-107】UR 示教器背面 56
【圖2-108】各家廠牌示教器 56
【圖2-109】UR 的控制箱內部 57
【圖2-110】UR 的安全控制面板配孔 57
【圖2-111】UR 的母板與USB 及訊號連接口 58
【圖2-112】RobotMaster 的操作介面 59
【圖2-113】GH 離線編程的插件 59
【圖2-114】Robots 59
【圖2-115】Robots 各類標籤 60
【圖2-116】創建工具 60
【圖2-117】創建目標 61
【圖2-118】創建程序 61
【圖2-119】程序模擬 61
【圖2-120】儲存程序及遠端連接 61
【圖2-121】以KUKA 的協作型機器人LBR iiwa 進行示範教學的編程過程 62
【圖2-122】UR 坐標軸轉換 62
【圖2-123】腕部奇異點 63
【圖2-124】肩部奇異點 64
【圖2-125】肘部奇異點 64
【圖2-126】機械手臂運作流程圖65
【圖3-1】雷射雕刻 70
【圖3-2】CNC 雕刻 70
【圖3-3】雕刻加工環境模擬圖 71
【圖3-4】雕刻加工設備圖 71
【圖3-5】雕刻工具頭之實照 72
【圖3-6】雕刻工具頭四視圖 72
【圖3-7】雕刻工具頭爆炸圖 73
【圖3-8】工具攤開實照 73
【圖3-9】雕刻加工之機械手臂編程 74
【圖3-10】測試點位用探針 74
【圖3-11】模矩化工具桌平面圖 74
【圖3-12】雕刻工具頭中心點 75
【圖3-13】雕刻路徑 75
【圖3-14】工作平面Z 軸對應 76
【圖3-15】途經點示意圖 76
【圖3-16】測試刻痕 76
【圖3-17】校正桌面點位 77
【圖3-18】測試刻痕上機過程 77
【圖3-19】測試作品實照 77
【圖3-20】浮起的板件 78
【圖3-21】電場圖騰樣式 79
【圖3-22】電場線條雕刻過程 79
【圖3-23】連續線條雕刻成品實照 80
【圖3-24】成品雕刻細節 80
【圖3-25】連續線條雕刻成品實照 80
【圖3-26】成品雕刻細節 80
【圖3-27】連續線條雕刻成品實照 80
【圖3-28】成品雕刻細節 80
【圖4-1】敲打彎折的手工板金 84
【圖4-2】沖壓彎折的機械板金 84
【圖4-3】平行線展開製圖 84
【圖4-4】放射線展開製圖 84
【圖4-5】單工程模具 85
【圖4-6】使用連續模加工的過程示意模型 85
【圖4-7】使用連續模加工的過程示意模型 85
【圖4-8】彎折加工環境模擬圖 86
【圖4-9】彎折加工周遭設備圖 86
【圖4-10】彎折工具頭實照 87
【圖4-11】彎折工具頭之四視圖 87
【圖4-12】彎折工具圖之爆炸圖 87
【圖4-13】各種吸盤形狀 88
【圖4-14】彎折工具頭之零件圖 88
【圖4-15】固定支架四視圖 89
【圖4-16】固定支架爆炸圖 89
【圖4-17】板材彎折加工GH 編程圖 90
【圖4-18】測試點位用探針 90
【圖4-19】模矩化工具桌平面圖 90
【圖4-20】板材彎折加工GH 編程圖 91
【圖4-21】吸盤吸取位置設置 91
【圖4-22】板材彎折加工GH 編程圖 92
【圖4-23】吸盤I/O 控制編程 92
【圖4-24】板材彎折加工GH 編程圖 92
【圖4-25】加工路徑順序 93
【圖4-26】成品實照 93
【圖4-27】成品實照 93
【圖4-28】成品實照 93
【圖4-29】成品實照 93
【圖4-30】板件背面的雕刻深度不均 94
【圖4-31】吸盤工具頭—搖臂的調整過程 94
【圖4-32】擺放角度問題而使工件脫落 94
【圖4-33】吸盤擺放位置示意圖 94
【圖4-34】曲線彎折平面圖 95
【圖4-35】曲線彎折吸盤位置示意圖 95
【圖4-36】吸盤曲線彎折加工過程 96
【圖4-37】吸盤曲線彎折成品照 96
【圖4-38】吸盤曲線彎折成品近照 96
【圖4-39】吸盤曲線彎折成品近照 96
【圖4-40】連續彎折單元生成示意圖 97
【圖4-41】吸盤連續彎折加工過程 98
【圖4-42】吸盤連續彎折成品實照 98
【圖4-43】吸盤連續彎折成品近照 98
【圖5-1】手工具彎折 102
【圖5-2】模具彎折 102
【圖5-3】彎線機與送料機 102
【圖5-4】萬能彎線機 102
【圖5-5】日常五金折彎件 103
【圖5-6】桁架樓承板 103
【圖5-7】台灣地區的鐵花窗 103
【圖5-8】瓦希里椅(Wassily chair),1925 103
【圖5-9】彎折方法I 環境模擬圖 104
【圖5-10】彎折方法I 加工設備圖 104
【圖5-11】彎折工具頭爆炸圖 105
【圖5-12】彎折工具頭實照 105
【圖5-13】彎折工具頭四視圖 105
【圖5-14】彎折方法I 機械手臂編程圖 106
【圖5-15】彎折工具頭中心點 108
【圖5-16】支架孔位選擇 108
【圖5-17】幾何角度判斷流程 108
【圖5-18】彎折路徑過程 109
【圖5-19】順時鐘與逆時鐘彎折 109
【圖5-20】初步測試之燈具四視圖 110
【圖5-21】加工過程照片 110
【圖5-22】編號完成的鋁條 111
【圖5-23】工具頭對鋁條的加工過程 111
【圖5-24】成品實照 111
【圖5-25】成品實照 111
【圖5-26】成品實照 111
【圖5-27】材料自轉問題 112
【圖5-28】以人工維持材料水平 112
【圖5-29】施力柱斷裂之工具頭 112
【圖5-30】中心柱、施力柱與力臂的變化 112
【圖5-31】導角前與導角後的攤開單元平面 113
【圖5-32】座椅之四視圖 113
【圖5-33】彎折加工過程 114
【圖5-34】所有單元 114
【圖5-35】以鐵釘及鐵網固定 114
【圖5-36】焊接完成 114
【圖5-37】成品實照 114
【圖5-38】成品實照 114
【圖5-39】成品實照 115
【圖5-40】彎折方法II 環境模擬圖 116
【圖5-41】彎折方法II 設備圖 116
【圖5-42】夾爪彎折工具頭爆炸圖 117
【圖5-43】夾爪彎折工具頭實照 117
【圖5-44】夾爪彎折工具頭四視圖 117
【圖5-45】工具頭清單圖 117
【圖5-46】彎折方法II 機械手臂編程圖 118
【圖5-47】夾爪工具頭之TCP 119
【圖5-48】支架孔位選擇 119
【圖5-49】彎折路徑過程 120
【圖5-50】夾爪I/O 訊號控制 120
【圖5-51】測試單元 120
【圖5-52】不同的單元組構示意圖 121
【圖5-53】測試模型之四視圖 121
【圖5-54】方法二測試過程 121
【圖5-55】夾爪旋轉示意圖 121
【圖5-56】成品實照 122
【圖5-57】成品實照 122
【圖5-58】夾爪孔位誤差問題示意圖 123
【圖5-59】毀損的夾爪 123
【圖5-60】改良後的泡棉夾爪 123
【圖6-1】前導設計環境設置 128
【圖6-2】步進馬達控制電路圖 129
【圖6-3】前導設計之彎折工具頭 129
【圖6-4】Arduino 草稿碼簿選擇 130
【圖6-5】GH Firefly 步進馬達控制 131
【圖6-6】步進馬達彎折測試過程 131
【圖6-7】彎折方法III 環境設置示意圖 132
【圖6-8】彎折加工方法III 周遭設備圖 132
【圖6-9】彎折工具頭實照 133
【圖6-10】彎折工具頭之四視圖 133
【圖6-11】送料夾爪工具頭零件清單 133
【圖6-12】彎折方法III 工具頭之爆炸圖 134
【圖6-13】氣剪實照圖 134
【圖6-14】氣剪與支架之爆炸圖 135
【圖6-15】氣剪與支架之四視圖 135
【圖6-16】以夾具固定的工作桌 136
【圖6-17】工作桌與定位器之四視圖 136
【圖6-18】工作桌與定位器之爆炸圖 137
【圖6-19】機械手臂與定位器協同彎折加工編程 138
【圖6-20】支架模型與正負轉對應 139
【圖6-21】複斜角拆解過程 140
【圖6-22】以夾爪使材料沿自軸旋轉 140
【圖6-23】定位器旋轉帶動的旋轉柱 141
【圖6-24】夾爪的I/O 控制 141
【圖6-25】實際彎折角度之照片讀取 142
【圖6-26】預計彎折角(X) 與實際彎折角(Y) 之模型 142
【圖6-27】彎折角度(X) 與回彈角度(Y) 之模型 143
【圖6-28】多面體與螺旋線之透視圖 143
【圖6-29】多面體與螺旋線之上視圖 143
【圖6-30】定位器工作桌的校正點 144
【圖6-31】螺旋線連續彎折加工過程 144
【圖6-32】多面體連續彎折加工過程 144
【圖6-33】螺旋線彎折成品實照圖 145
【圖6-34】多面體彎折成品實照圖 145
【圖6-35】最初的協同定位器工作桌配置,材料容易受自重而彎曲 145
【圖6-36】螺絲彎折柱示意與最小彎折線段長度 145
【圖6-37】更改過後的工作桌檯面 146
【圖6-38】碰撞到工作桌邊框的材料 146
【圖6-39】切除上部支撐的過程 146
【圖6-40】切除後的工作桌 146
【圖6-41】初版的送料夾爪工具頭 146
【圖6-42】更改後的送料夾爪工具頭 146
【圖6-43】碰撞到定位器桌面的材料 147
【圖6-44】模擬運作中的碰撞部位 147
【圖6-45】多角度彎折設計系列發展 148
【圖6-46】多角度彎折設計系列發展 148
【圖6-47】多角度彎折設計系列發展 148
【圖6-48】樹狀資料結構中的連續線條 149
【圖6-49】多角度彎折塔之三視圖 149
【圖6-50】多角度彎折塔加工過程 150
【圖6-51】多角度彎折塔拋光過程 150
【圖6-52】多角度彎折塔組裝過程 150
【圖6-53】多角度彎折塔作品實照 150
【圖6-54】連續線材彎折之單元發展 151
【圖6-55】連續線材彎折之單元發展 151
【圖6-56】連續線材彎折之單元發展 152
【圖6-57】由2D 轉3D 之模矩網格 152
【圖6-58】多角度彎折塔組裝過程 152
【圖6-59】多角度彎折塔組裝過程 153
【圖6-60】多角度彎折塔組裝過程 153
【圖6-61】多角度彎折塔組裝過程 153
【圖6-62】連續角度彎折之加工過程 154
【圖6-63】彎折與編號完成的單元 154
【圖6-64】PLA 接頭 154
【圖6-65】連續彎折之成品實照 154
【圖6-66】連續彎折之成品實 155
【圖6-68】網狀薄殼示意圖 155
【圖6-67】連續彎折之成品實照 155
【圖6-69】雙側彎折工具頭示意圖 157
【圖6-70】平滑曲線示意圖 157
【圖7-1】機械手臂輔助製造流程圖 160
【圖7-2】本研究之系列工具頭 162
【圖7-3】本研究之系列工作桌與輔具搭配 163
【圖7-4】機械手臂板材雕刻作品回顧 163
【圖7-5】機械手臂板材彎折作品回顧 164
【圖7-6】機械手臂線材彎折作品回顧 165
【圖7-7】機械手臂線材彎折作品回顧 165
【圖7-8】機械手臂線材彎折作品回顧 165
【圖附1-1】Robots 模型資料庫中的機械手臂模型 172
【圖附1-2】Robots 模型資料庫中的標籤語言 172
【圖附1-3】Robots 模型資料庫中的機械手臂模型 173
【圖附1-4】KUKA KR30 與KP1 V-500 定位器的標籤說明 174
【圖附1-5】GH 介面中對機械手臂系統的顯示 175
【圖附2-1】第八屆傳承工作營海報 176
【圖附2-2】研究者負責之教學內容封面 176
【圖附2-3】學員操作過程 177
【圖附2-4】學員拋光後的單元成品 177
【圖附2-5】學員作品 177
【圖附2-6】學員版面 178
【圖附3-1】板材雕刻加工版面 179
【圖附3-2】板材彎折加工版面 179
【圖附3-3】線材彎折加工版面 179
【圖附3-4】線材彎折加工版面 179
【圖附3-5】線材彎折加工版面 180
【圖附3-6】線材彎折設計版面 180
【圖附4-1】板材雕刻加工GH 編程 181
【圖附4-2】板材雕刻加工GH 編程 182
【圖附4-3】板材彎折加工GH 編程 183
【圖附4-4】板材彎折加工GH 編程 184
【圖附4-5】板材彎折加工GH 編程 185
【圖附4-6】線材彎折加工GH 編程 186
【圖附4-7】線材彎折加工GH 編程 187
【圖附4-8】線材彎折加工GH 編程 188

表目錄
【表1-1】106 年主要貨品出口概況8
【表3-1】機械手臂雕刻加工整理 82
【表4-1】吸盤材質系數表 88
【表4-2】機械手臂板材彎折整理 99
【表5-1】機械手臂線材扭軸彎折整理 124
【表5-2】機械手臂線材雙夾爪彎折整理 124
【表6-1】定位器線材彎折整理 156
參考文獻 中文文獻
中文書籍
陸瀟恒(譯)(2013)。新興科技與設計(原作者:Michael Hensel, Achim Menges, Michael Weinstock)。北京:中國建築工業出版社。
袁烽、阿希姆‧門格斯、尼爾.里奇(2015)。建築機器人建造。上海:同 濟大學出版社。
中文論文
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英文論文
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英文期刊
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Patrik Schumacher. (Ed.). (2016). Parametricism 2.0. Architectural Design, 240(2)
Fabio Gramazio, Matthias Kohler. (Eds.). (2014). Made By Robotics. Architectural Design, 229(3)
工具書
Bruno Siciliano, Oussama Khatib. (Eds.) (2016). Handbooks of Robotics. Berlin, Germany: Springer.

Shimon Y. Nof. (Ed.). (2009). Handbooks of Automation. Berlin, Germany: Springer.
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使用手冊
The URScript Programming Language. (2013). In Universal Robots(Version 1.7). Retrieved from https://www.universal-robots.com/download/
UR10 User Manual. (2018). In Universal Robots(Version 3.7). Retrieved from https://www.universal-robots.com/download/

網站
Grasshopper
https://www.grasshopper3d.com/
RoboFold
http://www.robofold.com/
Association for Robots in Architecture
http://www.robotsinarchitecture.org/
NCCR DFAB
http://www.dfab.ch/
Gramazio Kohler Research
http://gramaziokohler.arch.ethz.ch/
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