現今產業所使用的機器人大都以機器臂的形式呈現，其中SCARA機器臂是最廣泛實際應用的自動化機械裝置之一，除了主要用於工業製造、醫療救援、軍事保全等等的地方外，甚至在探索太空等領域都可以發現其應用的蹤跡，其最大的優點就是能快速且非常精準的執行固定模式的動作，藉此提升了工作效率及縮短了作業時間。
本論文目標為設計與實現可以撰寫文字及繪畫圖形的SCARA機器臂，包含機器臂機構、控制板及控制演算法等部分，所設計的SCARA機器臂機構共有兩種，一種是利用壓克力材料和三顆RC伺服馬達組合而成，另一種則是利用樂高積木和三顆直流伺服馬達組合而成。所考慮SCARA機器臂的機構，在左右兩臂上各有一顆馬達用於控制機器臂左右或前後移動，也就是用來模仿人們寫字的動作，在機構中間的馬達用來控制機器臂抬起或放下的動作，也就是用來模仿人們抬筆寫字跟運筆等等的高度問題。在控制部分，本論文分別選擇NXC和Arduino來實現控制SCARA機器臂的程式，在本論文中兩種SCARA機器臂機構的移動皆是利用順、逆向運動學來實現，其中順向運動學是已知的左、右臂馬達角度推導出畫筆的座標點，逆向運動學則以座標點反推出左、右臂馬達的轉動度數。最後，經由實驗結果可以發現本論文所提出的兩種SCARA機器臂均可以成功地進行撰寫文字及繪畫圖形的動作。

Robot arms are mainly using in nowadays industry, especially for SCARA robot arms, since it is one of the automatically machine which is used in most industry. We can find that the SCARA robot arm is used in industry manufacture, medical assistance and military safety, even for searching out space. Being fast and accurate to do the same actions for saving time and improving working efficiency is the strong point of this robot arm.  
    The purpose of this thesis is for designing the SCARA robot arm to write words and draw pictures. There are two kinds of robot arms, including the parts of machine structure controlling board and control algorithm. One is made by acrylic material and three RC server motors and the other one is using Lego NXT and three DC server motors to make up. There is a motor in each side of the SCARA robot arm to control the left, right, front and back movement; it’s for imitating people writing words. The middle motor is for controlling the whole machine up and down movement and it’s imitating for the height when people raising up pens or moving pens for writing. Furthermore, NXC and Arduino are the mainly program for SCARA robot arms in this thesis. These two programs are both similar with C++ programing language so it can promote the convenience for using. The movements of these two kinds of SCARA robots are both using forward and inverse kinematics to make. Finally, it can be proved through experimental results that the two SCARA robot arms both can write words and draw pictures in this thesis.

目錄
中文摘要………………………………………………………………………	I
英文摘要……………………………………………………………………..	II
目錄………………………………………………………………………….	IV
圖目錄.............................................................................................................VI
表目錄..............................................................................................................X
第一章 緒論….................................................................................................1
	1.1		機器臂的發展與種類..................................................................1
	1.2		研究動機與目的..........................................................................7
	1.3		論文架構…..................................................................................8
第二章	利用Aduino實現SCARA機器臂....................................................10
	2.1		Arduino實驗環境介紹...............................................................10
	2.2		RC伺服馬達工作原理...............................................................13
	2.3		SCARA機器臂介紹...................................................................16
	2.4		順/逆向運動學...........................................................................17
		2.4.1	順向運動學..........................................................................18
		2.4.2	逆向運動學..........................................................................21
	2.5		程式流程圖與實驗結果............................................................25
第三章	利用NXT實現SCARA機器臂.......................................................30
	3.1		NXT實驗環境介紹....................................................................30
	3.2		直流伺服馬達工作原理............................................................33
	3.3		機器臂介紹................................................................................37
	3.4		逆/順向運動學...........................................................................41
3.4.1	逆向運動學..........................................................................41
		3.4.2	順向運動學..........................................................................46
	3.5		程式流程圖與實驗結果............................................................48
第四章	結論與未來研究...............................................................................59
	4.1		結論............................................................................................59
	4.2		未來研究....................................................................................60
參考文獻.........................................................................................................61
圖目錄
圖1.1	直角坐標型機器臂.............................................................................2
圖1.2	圓柱座標型機器臂.............................................................................2
圖1.3	極座標型機器臂.................................................................................3
圖1.4	關節型座標機器臂.............................................................................4
圖1.5	串聯式機器臂.....................................................................................5
圖1.6	並聯式機器臂.....................................................................................6
圖2.1	SCARA機器臂機構圖.....................................................................10
圖2.2	SCARA機器臂零件圖.....................................................................13
圖2.3	SG90 RC伺服馬達...........................................................................13
圖2.4	脈衝寬度與馬達角度對應圖...........................................................15
圖2.5	SCARA機器臂座標位置定義.........................................................16
圖 2.6	逆/順向運動學映射關係..................................................................18
圖2.7	左機器臂之角度與機器臂長度定義圖...........................................19
圖2.8	右機器臂之角度與機器臂長度定義圖...........................................21
圖2.9	左機器臂之逆向運動學計算示意圖...............................................23
圖2.10	右機器臂之逆向運動學計算示意圖...............................................23
圖 2.11	程式流程圖.......................................................................................25
圖2.12	撰寫文字部分之實驗結果圖...........................................................28
圖2.13	繪畫圖形部分之實驗結果圖...........................................................29
圖3.1	SCARA機器臂機器圖.....................................................................30
圖3.2	LEGO觸碰感測器............................................................................31
圖3.3	LEGO直流伺服馬達........................................................................32
圖3.4	NXT主機...........................................................................................32
圖3.5	光學編碼器做正轉運動時訊號.......................................................35
圖3.6	光學編碼器做反轉運動時訊號.......................................................35
圖3.7	直流伺服馬達控制系統方塊圖.......................................................36
圖 3.8	SCARA機器臂之左半部..................................................................37
圖 3.9	SCARA機器臂之右半部..................................................................38
圖 3.10	機器臂轉動極限區域"上"...............................................................39
圖 3.11	機器臂轉動極限區域"下"...............................................................40
圖 3.12	機器臂轉動極限區域"左"...............................................................40
圖 3.13	機器臂轉動極限區域"右"...............................................................40
圖 3.14	機器臂座標圖...................................................................................41
圖 3.15	左機器臂之逆向運動學計算示意圖...............................................44
圖 3.16	右機器臂之逆向運動學計算示意圖...............................................44
圖 3.17	SCARA機器臂畫弧線示意圖………..............................................45
圖 3.18	左機器臂之角度與機器臂長度定義圖...........................................46
圖 3.19	右機器臂之角度與機器臂長度定義圖...........................................47
圖 3.20	程式架構流程圖...............................................................................48
圖 3.21	所使用三顆直流伺服馬達初始化程式碼.......................................50
圖 3.22	畫直線程式碼...................................................................................51
圖 3.23	畫弧線程式碼...................................................................................52
圖 3.24	撰寫文字"淡"之實驗結果圖............................................................53
圖 3.25	撰寫文字"江"之實驗結果圖............................................................53
圖3.26	撰寫文字"T"之實驗結果圖..............................................................54
圖3.27	撰寫文字"K"之實驗結果圖.............................................................54
圖 3.28	撰寫文字"U"之實驗結果圖.............................................................54
圖 3.29	繪畫"正方形"圖形之實驗結果圖....................................................55
圖 3.30	繪畫"菱形"圖形之實驗結果圖........................................................55
圖 3.31	繪畫"三角形"圖形之實驗結果圖....................................................55
圖 3.32	繪畫"1/4圓"圖形之實驗結果圖.......................................................56
圖 3.33	繪畫"雙正方形"圖形之實驗結果圖................................................56
圖 3.34	繪畫"雙三角形"圖形之實驗結果圖................................................56
圖 3.35	繪畫"雙圓形"圖形之實驗結果圖....................................................57
圖 3.36	繪畫"正方形包菱形"圖形之實驗結果圖........................................57
圖 3.37	繪畫"三角形包圓形"圖形之實驗結果圖........................................57
圖 3.38	繪畫"圓形包正方形"圖形之實驗結果圖........................................58
圖 3.39	繪畫"無限符號"圖形之實驗結果圖................................................58
表目錄
表1.1	串聯式機器臂與並聯式機器臂比較表.............................................6
表2.1	SG90規格表......................................................................................14

參考文獻
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[26]	鍾淳安，以ARM Cortex為核心之智慧型賽格威系統設計，中華大學電機工程學系碩士論文，指導教授：許駿飛、謝焸家，2012年。
[27]	http://www.terasic.com.tw/tw/