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System No. U0002-1602202216120600
Title (in Chinese) 應用數位設計與機械手臂銑削加工於集層曲木構築
Title (in English) The Application of Digital Design and Robotic Milling Fabrication for the Bending-Lamination Construction
Other Title
Institution 淡江大學
Department (in Chinese) 建築學系碩士班
Department (in English) Department of Architecture
Other Division
Other Division Name
Other Department/Institution
Academic Year 110
Semester 1
PublicationYear 111
Author's name (in Chinese) 許維承
Author's name(in English) Wei-Cheng Hsu
Student ID 607360244
Degree 碩士
Language Traditional Chinese
Other Language
Date of Oral Defense 2022-01-18
Pagination 173page
Committee Member advisor - Chen-Cheng Chen
co-advisor - Ya-Ting Yu
co-chair - 張恭領
co-chair - 陳宏銘
Keyword (inChinese) 集層膠合
機械手臂
銑削加工
曲木工藝
參數化設計
Keyword (in English) Laminated Timber
Robotic Fabrication
Milling
Wood-Bending Craft
Parametric Design
Other Keywords
Subject
Abstract (in Chinese)
木材有著快速生長、儲存碳元素以及能夠被生物降解等特性,在著重節能省碳與循環經濟的今日,歷久彌新的木材於21世紀再度成為眾所矚目的建築材料。透過今日木材材料科學與加工技術的進步,今日已經能夠建造高達18層樓的木構造建築物,是人類文明於建築領域中所能達到的高度成就。

伴隨著工業革命的發展,為了能夠更加有效且便捷的進行加工生產與製造,工具的發展已經由手工、電動工具進入數位製造機具。電腦輔助設計(Computer-Aided Design,CAD)與電腦輔助製造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的結合,設計者能夠自定義不同的加工方式,整合設計到製造的流程。而機械手臂的出現一部機器能夠進行多類型的加工方法,減少了許多木材加工上的限制,並且以更高維的自由度進行加工。

本研究主要透過機械手臂製造搭配銑削加工,並以曲木為結構框架進行設計與製造之整合。曲木是一種多維度變化的木構造形態,以往的曲木加工必須仰賴精湛的木工工藝,以及工匠搭配手工或電動工具進行製作。本研究透過六軸機械手臂與電腦離線編程,並於機器手臂末端執行器安裝電主軸進行自定義的曲木銑削加工,透過調整參數化模型以及機械手臂與轉盤達到更簡潔、更多元、且更有效率的數位製造方式。

本論文主要分為四個部分:一、透過兩種形態的曲木實驗(扭轉、彎曲),針對其特性進行格柵亭與曲木亭的設計,並將扭轉及彎曲的數據轉換為參數並置入參數化模型,討論其構造與製造方式,並且產生三維的建築模型檢討施工時可能發生的問題並進行修正與改進。二、以曲木模具進行三維放樣集層膠合以生產曲木桿件,應用機械手臂離線編程與機械手臂銑削加工,建造出尺度為1:2的環形單點交叉結構曲木塔。三、將複層式的曲木結構桿件與結構節點相互結合,並透過機械手臂銑削加工所需的卡榫位置,最後進行組件的卡接定位,以及單元組件的組裝。四、記錄組裝與搭建曲木亭之過程。期待本研究的成果,能夠為本地的微型數位木工廠之規劃與機器手臂木材加工研究所參考。
Abstract (in English)
With its fast-growing, carbon-storing, and biodegradable properties, wood has once again become a prominent building material in the 21st century that emphasizes energy conservation and a circular economy. With today's advances in wood material science and processing technology, it is now possible to construct wood-frame buildings up to 18 stories high, which is a high level of achievement that human civilization has made in architecture.

With the development of the industrial revolution, the development of tools has moved from manual- or power- tools to digital manufacturing machines for more efficient and convenient processing and manufacturing. With the combination of Computer-Aided Design (CAD) and Computer-Aided Manufacturing (CAM), designers are able to customize different processing methods and integrate the design-to-production process. With the advent of robotic fabrication, a machine can perform multiple types of processing methods, reducing many of the limitations on wood processing, and with a higher degree of freedom.

Through robotic fabrication and milling, this study focuses on the integration of design and fabrication with wood-bending as a structural frame. Wood-bending is a multi-dimensional wood structure form. In the past, wood-bending must rely on craftsmen’ excellent wood craft with manual- or power- tools. In this study, a six-axis robot arm is programmed offline with a computer, and an electric spindle is mounted on the end-effector of the robotic arm for custom milling of wood-bending. By adjusting the parametric model, the robot arm and turntable, a simpler, more diverse and efficient digital manufacturing method is achieved.

This paper is mainly divided into four parts: First, through two kinds of wood-bending experiments (twisting and bending), the grid pavilion and the wood-bending pavilion are designed according to their characteristics. Twisting and bending data are converted into parameters and input to a parametric model to discuss their construction and manufacturing methods. A 3D architectural model is generated to review the possible problems during construction for making corrections and improvements. Second, carry out 3D sample laminated timber with wood-bending molds to produce wood-bending rods. Robotic arm off-line programming and robotic milling are applied to construct a wood-bending tower with a 1:2 scale ring-shaped single-point cross structure. Third, we combine the composite wood-bending structural rods and nodes with each other, and process the required latching positions by robotic milling. Finally, carry out the clamping and positioning of the components and the assembly of the unit components. Fourth, the process of assembling and building the wood-bending pavilion is recorded. The results of this study are expected to serve as a reference for the planning of local micro digital wood craft factories and robotic wood processing research.
Other Abstract
Table of Content (with Page Number)
第一章  諸論 2
1-1  研究動機 2
1-1-1  數位製造的經歷 2
1-1-2  參數化設計與建築設計 4
1-1-3  自造者時代與工業4.0 4
1-1-4  國產木材的永續與產業化 5
1-1-5  直交集層板(CLT)的興起 6
1-1-6  木構建築的未來趨勢 7
1-2  研究目的 8
1-2-1  集層材應用於結構系統之討論 8 
1-2-2  集層材與數位製造的發展 8
1-2-3  參數化設計與集層曲木製造的結合 8
1-2-4  機器手臂製程與曲木加工的結合 9
1-2-5  討論傳統工藝轉形的可能性 9
1-3  相關領域 10
1-3-1  曲木加工與技術 10
1-3-2  參數化設計(Parametric Design) 10
1-3-3  數位製造(Digital Fabrication) 10
1-3-4  機器人建造 10
1-4  研究流程 11
1-5  研究成果 12
第二章  文獻回顧 16
2-1  曲木工藝 16
2-1-1  蒸氣彎曲(Steam Bending) 16
2-1-2  切割彎曲(Kerf Bending) 16
2-1-3  集層彎曲(Lamination Bending) 16
2-2  集層彎曲(Lamination Bending) 17
2-2-1  操作方法介紹 17
2-3  直交集層材 - CLT 18
2-4-1  CLT簡介 18
2-4-2  CLT製造工法 18
2-4-3  CLT的特性 19
2-4-4  CLT建築 19
2-4  傳統木工加工工具的脈絡 20
2-4-1  木工工具的演進史 20
2-4-2  木工工具的種類 20
2-5  機器手臂應用與介紹 24
2-5-1  機器手臂介紹 24
2-5-2  廠牌介紹 24
2-5-3  機器手臂種類與應用 26
2-5-4  機器手臂軟硬體設備 29
2-5-5  機器手臂運動學 31
2-5-6  機器手臂末端執行器 34
2-5-7  離線編程-Grasshopper軟體 36
2-6  相關案例研究 38
2-6-1  Nine Bridges Country Club 38
2-6-2  Swatch Headquarters 40
2-6-3  Landesgartenschau Exhibition Hall(LAGA) 42
2-6-4  BUGA Wood Pavilion 44
2-6-5  Future Tree 46
2-6-6  Urbach Tower 47
2-7  小結 50
第三章  曲木形態實驗 54
3-1  材料實驗 54
3-1-1  材料說明 54
3-2  板材單元扭轉 55
3-2-1  扭轉輔具設計 55
3-2-2  單層板材扭轉實驗 56
3-2-3  格柵牆設計 58
3-2-4  格柵亭設計 60
3-3  板材單元彎曲 64
3-3-1 彎曲輔具設計 64
3-3-2 單層板材彎曲實驗 65
3-3-3 集層膠合彎曲實驗 68
3-3-4 集層曲木亭設計 70
3-4  小結 74
第四章  機械手臂銑削加工於曲木構築實驗與設計 78
4-1  機械手臂初次銑削測試 78
4-1-1  設備與加工環境說明 78
4-1-2  幾何形態設計 79
4-1-3  刀線繪製與模擬實驗 81
4-1-4  機械手臂製造加工 84
4-2  銑削系統之硬體配置 88
4-2-1  電主軸 88
4-2-2  變頻器 89
4-2-3  KP1-V500 90
4-3  曲木塔設計 92
4-3-1  形態找尋 92
4-4-2  曲面分割 92
4-3-3  交叉結構設計 93
4-3-4  曲木卡榫繪製 94
4-3-5  曲木斷面繪製 101
4-3-6  木榫連結繪製 102
4-4  曲木塔製造與組裝過程 108
4-4-1  材料佈署 108
4-4-2  集層膠合模具設計 111
4-4-3  銑削輔具設計 115
4-4-4  銑削製程加工 118
4-4-5  曲木組件銑削加工過程 122
4-4-6  曲木塔交叉結構組裝與修整 124
4-4-7  曲木塔設計全貌 130
4-5  小結 136
4-5-1 設計與製造經驗 136
4-5-2  曲木塔缺失與待修正項目 137
第五章  球形曲木亭之形態設計 140
5-1  球形曲木亭結構配置 140
5-1-1  主體支撐結構 141
5-1-2  輔助環形結構 141
5-2  曲木亭之結構節點設計 143
5-3  曲木亭之複層式結構桿件設計 144
5-4  曲木亭之三維模形透視圖 145
第六章  球形曲木亭之機械手臂銑削加工與結構組立 150
6-1  三軸CNC之結構節點單元製作 150
6-2  複層結構桿件單元製作 151
6-2-1  上下緣曲木模具設計 151
6-2-2  上下緣曲木集層膠合 152
6-2-3  三軸CNC之梁腹組件生產 153
6-3  機械手臂銑削加工之結構節點製造與組裝 154
6-3-1  結構節點輔具 154
6-3-2  機械手臂銑削加工之角度卡榫 155
6-3-3  結構節點組裝 155
6-4  機械手臂銑削加工之複層結構桿件製造與組裝 156
6-4-1  複層結構桿件輔具 156
6-4-2  機械手臂銑削加工之上下緣曲木 156
6-4-3  複層結構桿件組裝 157
6-5  球形曲木亭之結構組立 158
6-6  球形曲木亭全貌拍攝 160
第七章  結論 166
7-1  設計操作與回顧 166
7-1-1  曲木形態變化實驗 166
7-1-2  機械手臂銑削加工與編程設計 166
7-1-3  曲木塔之設計與製造 167
7-1-4  球形曲木亭之設計與製造 167
7-2  後續研究建議 168
7-2-1  三維彎曲與多向度卡榫結構之搭配 168
7-2-2  雙機械手臂與多功能末端執行器協同作業 168

圖目錄
【圖1-01】木製自行車 2
【圖1-02】木製煞車桿 2
【圖1-03】木製手把 2
【圖1-04】木製坐墊 2
【圖1-05】碩一設計 3
【圖1-06】Timber 01 3
【圖1-07】Timber 02 3
【圖1-08】Brick 01 3
【圖1-10】Brick 02 3
【圖1-11】Type 01 3
【圖1-12】Type 02 3
【圖1-13】Type 03 3
【圖1-14】Type 04 3
【圖1-15】懸鍊線模形 01 4
【圖1-16】懸鍊線模形 02 4
【圖2-01】模具製作 17
【圖2-02】材料切割 17
【圖2-03】修整表面 17
【圖2-04】上膠疊合 17
【圖2-05】置入模具加壓 17
【圖2-06】集層完成 17
【圖2-07】CLT製作工序 18
【圖2-08】台灣森科外觀 19
【圖2-10】局部環境 19
【圖2-11】手工鋸 20
【圖2-12】手工鑽 20
【圖2-13】鐵鎚 20
【圖2-14】銼刀 21
【圖2-15】刨刀 21
【圖2-16】砂紙 21
【圖2-17】線鋸機 21
【圖2-18】平台式線鋸機 21
【圖2-19】帶鋸機 21
【圖2-20】平台式圓盤鋸 21
【圖2-21】多角度斬斷機 21
【圖2-22】手持圓鋸機 21
【圖2-23】電鋸 21
【圖2-24】電鑽 22
【圖2-25】直立鑽床 22
【圖2-26】角鑿機 22
【圖2-27】氣動釘槍 22
【圖2-28】壓刨機 22
【圖2-29】手持壓刨機 22
【圖2-30】手持砂光機 22
【圖2-31】手持砂帶機 22
【圖2-32】平台式砂帶機 22
【圖2-33】修邊機 22
【圖2-34】修邊機 22
【圖2-35】雕刻機 22
【圖2-36】車床 22
【圖2-37】震動刀切割機 23
【圖2-38】雷射切割機 23
【圖2-39】等離子切割機 23
【圖2-40】三軸CNC 23
【圖2-41】五軸CNC 23
【圖2-42】ABB機械手臂 24
【圖2-43】KUKA機械手臂 25
【圖2-44】UR機械手臂 25
【圖2-45】單軸機器人 27
【圖2-46】直角坐標機器人 27
【圖2-47】並聯式機器人 27
【圖2-48】水平多關節機器人 28
【圖2-49】垂直多關節機器人 28
【圖2-50】KUKA硬體部分 29
【圖2-51】KUKA手臂本體 29
【圖2-52】KUKA手臂六軸 29
【圖2-53】控制箱 30
【圖2-54】示教器 30
【圖2-55】機械手臂八種解 31
【圖2-56】無翻轉(左)、腕部奇異點(中)、翻轉(右 )32
【圖2-57】肘部向上(左)、肘部奇異點(中)、肘部向上(右) 32
【圖2-58】前狀態(左)、肩部奇異點(中)、後狀態(右) 32
【圖2-59】Point To Point Motion 33
【圖2-60】Line Motion 33
【圖2-61】Circular Motion 33
【圖2-62】Zone 33
【圖2-63】氣動夾爪  01 34
【圖2-64】氣動夾爪  02 34
【圖2-65】單孔吸盤34
【圖2-66】雙孔吸盤34
【圖2-67】多孔吸盤34
【圖2-68】電磁力夾具 01 34
【圖2-69】電磁力夾具 02 34
【圖2-70】電磁力夾具 03 34
【圖2-71】電主軸35
【圖2-72】去毛邊工具35
【圖2-73】電鋸35
【圖2-74】保麗龍切割器35
【圖2-75】陶土列印頭 01 35
【圖2-76】陶土列印頭 02 35
【圖2-77】電刻筆工具頭35
【圖2-78】SPIF工具頭 35
【圖2-79】加壓彎折工具頭 35
【圖2-80】Robots Logo 36
【圖2-81】Robots類別 36
【圖2-82】創建座標目標 37
【圖2-83】創建工具 37
【圖2-84】創建編程 37
【圖2-85】編程模擬 37
【圖2-86】儲存與傳輸 37
【圖2-87】機械手臂參數化過程圖 37
【圖2-88】電腦模擬 37
【圖2-89】外觀 38
【圖2-90】屋頂細部 38
【圖2-91】屋頂單元 38
【圖2-92】屋頂組裝 38
【圖2-93】室內空間 39
【圖2-94】局部外觀 39
【圖2-95】整體外觀 40
【圖2-96】局部外觀 40
【圖2-97】節點細部 40
【圖2-98】曲木構件 40
【圖2-99】CNC模擬圖 41
【圖2-100】假設工程 41
【圖2-101】膠合斷面 41
【圖2-102】結構細部 41
【圖2-103】LAGA外觀 42
【圖2-104】內部細節 42
【圖2-105】結構模擬優化 43
【圖2-106】形態優化 43
【圖2-107】電主軸铣削 43
【圖2-108】鎖定板件 43
【圖2-109】BUGA外觀 44
【圖2-110】底部細節 44
【圖2-111】單元分解 45
【圖2-112】單元組裝 45
【圖2-113】雙機協同製造 45
【圖2-114】預製大形組件 45
【圖2-115】Future Tree外觀 46
【圖2-116】局部細節 46
【圖2-117】基座製作分解 46
【圖2-118】頂部架構組件 46
【圖2-119】Urbach Tower外觀 47
【圖2-120】底部入口 47
【圖2-121】彎曲單元 47
【圖2-122】彎曲細部斷面 47
【圖2-123】木材含水率實驗 48
【圖2-124】電腦模擬 48
【圖2-125】木材料生產線 48
【圖2-126】集層乾燥 48
【圖2-127】預製組件運送 48
【圖2-128】預製組件 48
【圖2-129】結構力學模擬 49
【圖2-130】預製單元比例 49
【圖2-131】組件吊掛 49
【圖2-132】組件組裝 49
【圖3-1】扭轉輔具三視圖 55
【圖3-2】扭轉輔具透視圖 55
【圖3-3】轉盤放置處 55
【圖3-4】置入固定轉盤 55
【圖3-5】0°長向扭轉 56
【圖3-6】60°長向扭轉 56
【圖3-7】120°長向扭轉 56
【圖3-8】180°長向扭轉 56
【圖3-9】240°長向扭轉 56
【圖3-10】300°長向扭轉 56
【圖3-11】360°長向扭轉 56
【圖3-12】0°短向扭轉 57
【圖3-13】60°短向扭轉 57
【圖3-14】120°短向扭轉 57
【圖3-15】180°短向扭轉 57
【圖3-16】240°短向扭轉 57
【圖3-17】300°短向扭轉 57
【圖3-18】360°短向扭轉 57
【圖3-18】結構框架三視圖 58
【圖3-19】結構框架透視圖 58
【圖3-20】格柵牆組裝 58
【圖3-21】格柵牆單元 58
【圖3-22】格柵牆參數化定義 59
【圖3-23】格柵牆三維模擬 59
【圖3-24】格柵牆單元連接 59
【圖3-25】長度定義與幾何旋轉 60
【圖3-26】幾何形態建構 60
【圖3-27】等分框架偏移 60
【圖3-28】框架實體 60
【圖3-29】連結框架 60
【圖3-30】置入扭轉格柵 60
【圖3-31】渲染示意圖 61
【圖3-32】頂視圖 61
【圖3-33】透視圖 61
【圖3-34】前試圖 61
【圖3-35】側視圖 61
【圖3-36】格柵亭參數化定義01 62
【圖3-37】格柵亭參數化定義02 63
【圖3-38】彎曲輔具三視圖 64
【圖3-38】彎曲輔具透視圖 64
【圖3-39】滑軌本體 64
【圖3-40】移動卡榫固定 64
【圖3-41】100公分彎曲 65
【圖3-42】90公分彎曲 65
【圖3-43】80公分彎曲 65
【圖3-44】70公分彎曲 65
【圖3-45】100公分彎曲 66
【圖3-46】90公分彎曲 66
【圖3-47】80公分彎曲 66
【圖3-48】70公分彎曲 66
【圖3-49】60公分彎曲 66
【圖3-50】50公分彎曲 66
【圖3-51】40公分彎曲 67
【圖3-52】30公分彎曲 67
【圖3-53】20公分彎曲 67
【圖3-54】10公分彎曲 67
【圖3-55】實驗數據表格 68
【圖3-56】1.擦拭表面 68
【圖3-57】 2.均勻上膠 68
【圖3-58】3.置入模具 69
【圖3-59】4.固定兩端 69
【圖3-60】5.等分固定 69
【圖3-61】6.擦拭殘膠 69
【圖3-62】7.靜置定形 69
【圖3-63】8.曲木成品 69
【圖3-64】組別比較 69
【圖3-65】曲木亭尺寸 70
【圖3-66】形態輪廓 70
【圖3-67】形態生成 70
【圖3-68】斷面骨架 70
【圖3-69】短向骨架生成 70
【圖3-70】長向骨架生成 70
【圖3-71】骨架交集 70
【圖3-72】渲染透視圖 71
【圖3-73】渲染局部圖01 71
【圖3-74】渲染局部圖02 71
【圖3-75】夾層結構拆解 71
【圖3-76】夾層結構局部 71
【圖3-77】曲木亭參數化定義01 72
【圖3-78】曲木亭參數化定義02 73
【圖4-1】快拆系統 78
【圖4-2】Pin針 78
【圖4-3】木工修邊機 78
【圖4-4】加工環境 78
【圖4-5】輪廓外框 79
【圖4-6】向內偏移 79
【圖4-7】隨機布點 79
【圖4-8】Voronoi 79
【圖4-9】參數化定義01 79
【圖4-10】中心點 79
【圖4-11】向內偏移 79
【圖4-12】圓弧化 79
【圖4-13】等比縮放 79
【圖4-14】參數化定義02 80
【圖4-15】向下移動 80
【圖4-16】Loft曲面幾何 80
【圖4-17】頂部平面生成 80
【圖4-18】鏡射 80
【圖4-19】合併成實體模形 80
【圖4-20】參數化定義03 80
【圖4-21】曲面幾何 81
【圖4-22】斷面輪廓 81
【圖4-23】向內偏移 81
【圖4-24】參數化定義04 81
【圖4-25】點位分割 82
【圖4-26】中心連線 82
【圖4-27】線段分割 82
【圖4-28】點位連接 82
【圖4-29】曲面斷面輪廓 82
【圖4-30】參數化定義05 82
【圖4-31】向內偏移 82
【圖4-32】點位分割 82
【圖4-33】點位連接 82
【圖4-34】參數化定義06 83
【圖4-35】機械手臂模擬示意 83
【圖4-36】銑削單線示意圖 83
【圖4-37】參數化定義07 83
【圖4-38】Pin針安裝 84
【圖4-39】十字靶點位測量 84
【圖4-40】工作桌點位校正 84
【圖4-41】輸入四點的座標參數 84
【圖4-42】輔具設置85
【圖4-43】輔具固定85
【圖4-44】木工修邊機安裝 85
【圖4-45】刀刃長度確認 85
【圖4-46】粗銑過程01 85
【圖4-47】粗銑過程02 85
【圖4-48】粗銑過程03 86
【圖4-49】粗銑過程04 86
【圖4-50】細銑過程01 86
【圖4-51】細銑過程02 86
【圖4-52】細銑過程03 86
【圖4-53】細銑過程04 86
【圖4-54】成品01 86
【圖4-55】成品02 86
【圖4-56】參數化定義01 87
【圖4-57】參數化定義擬示意02 87
【圖4-58】電主軸 88
【圖4-59】電主軸規格表 88
【圖4-60】變頻器 89
【圖4-61】變頻器內部電路圖 89
【圖4-62】變頻器外接輸入/輸出端 89
【圖4-63】轉盤平面圖 90
【圖4-64】基本數據 90
【圖4-65】環境條件 90
【圖4-66】轉軸數據 91
【圖4-67】主軸旋轉方向 91
【圖4-68】有效載荷 91
【圖4-69】KP1-V500 91
【圖4-70】參數化定義01 92
【圖4-71】形態找尋 92
【圖4-72】參數化定義02 92
【圖4-73】曲面分割 92
【圖4-74】菱格曲面幾何 93
【圖4-75】三點交叉圓弧 93
【圖4-76】延伸圓弧線段 93
【圖4-77】參數化定義03 93
【圖4-78】不合理幾何交集01 94
【圖4-79】不合理幾何交集02 94
【圖4-80】調整後幾何交集01 94
【圖4-81】調整後幾何交集02 94
【圖4-82】生成封閉幾何 94
【圖4-83】生成曲面 94
【圖4-84】交叉點向量平面 94
【圖4-85】參數化定義04 95
【圖4-86】T值法向量 95
【圖4-87】生成曲木斷面輪廓 95
【圖4-88】擷取短邊中點 95
【圖4-89】Galapagos演算介面與邏輯 96
【圖4-90】形成曲面 96
【圖4-91】與合理角度差異 96
【圖4-92】演算校準完成 96
【圖4-93】參數化定義05 96
【圖4-94】交叉幾何 97
【圖4-95】交集線段 97
【圖4-96】菱格線段擷取 97
【圖4-97】線段延伸 97
【圖4-98】生成幾何 97
【圖4-99】差集交叉幾何 97
【圖4-100】參數化定義06 98
【圖4-101】生成幾何 99
【圖4-102】斷面生成 99
【圖4-103】斷面輪廓 99
【圖4-104】擷取短邊 99
【圖4-105】等分斷點 99
【圖4-106】投影向量平面 99
【圖4-107】連線 99
【圖4-108】參數化定義07 100
【圖4-109】延伸曲木組件01 101
【圖4-110】延伸曲木組件02 101
【圖4-111】結構斷面修整01 101
【圖4-112】結構斷面修整02 101
【圖4-113】原組件範圍定義 101
【圖4-114】透過幾何差集 101
【圖4-115】交叉單元完成 101
【圖4-116】邊界線段 102
【圖4-117】平均偏移 102
【圖4-118】端點平面向量 102
【圖4-119】端點連線 102
【圖4-120】斷面中心點 102
【圖4-121】中點平面向量 102
【圖4-122】移動卡榫深度 102
【圖4-123】參數化定義08 103
【圖4-124】參數化定義09 104
【圖4-125】參數化定義10 105
【圖4-126】曲木塔前/頂視圖 106
【圖4-127】透視圖 107
【圖4-128】分層結構圖 108
【圖4-129】三維曲面與攤平曲面 108
【圖4-130】攤平曲面尺寸 109
【圖4-131】曲木組件切割圖 109
【圖4-132】材料佈署 110
【圖4-133】木紋纖維交錯 110
【圖4-134】木紋纖維交錯配置說明圖 110
【圖4-135】第一代曲木模具 111
【圖4-136】曲木膠合差異 111
【圖4-137】第一代曲木模具透視圖 111
【圖4-138】第二代曲木模具細節說明 112
【圖4-139】分層曲木模具 112
【圖4-140】曲木膠合透視圖 113
【圖4-141】平鋪板材 113
【圖4-142】表面打濕 113
【圖4-143】上膠 113
【圖4-144】均勻塗抹 114
【圖4-145】置入模具 114
【圖4-146】擦拭殘膠 114
【圖4-147】夾具固定 114
【圖4-148】凝固定形 114
【圖4-149】固定層輔具 115
【圖4-150】固定層輔具三視圖 115
【圖4-151】安裝固定層輔具 116
【圖4-152】插入替換層牙條 116
【圖4-153】固定點定位 116
【圖4-154】上鎖連結轉盤01 116
【圖4-155】上鎖連結轉盤02 116
【圖4-156】確認固定 116
【圖4-157】分層替換層輔具 117
【圖4-158】替換層曲木組件固定透視圖 117
【圖4-159】安裝替換層輔具 117
【圖4-160】交集固定 117
【圖4-161】安裝固定螺絲 117
【圖4-162】迫緊固定 117
【圖4-163】TCP測量剖面示意圖 118
【圖4-164】電主軸pin針 118
【圖4-165】XYZ-四點測量法-第一點 118
【圖4-166】XYZ-四點測量法-第二點 118
【圖4-167】XYZ-四點測量法-第三點 118
【圖4-168】XYZ-四點測量法-第四點 118
【圖4-169】輔具向量平面測量-第一點 119
【圖4-170】輔具向量平面測量-第二點 119
【圖4-171】輔具向量平面測量-第三點 119
【圖4-172】輔具向量平面測量-第四點 119
【圖4-173】轉盤0度 119
【圖4-174】轉盤180度 119
【圖4-175】斷線銑削01 120
【圖4-176】斷線銑削02 120
【圖4-177】斷線銑削03 120
【圖4-178】斷線銑削04 120
【圖4-179】卡榫引孔01 120
【圖4-180】卡榫引孔02 120
【圖4-181】卡榫引孔03 120
【圖4-182】卡榫引孔04 120
【圖4-183】轉盤0度銑削編程 121
【圖4-184】轉盤180度銑削編程 121
【圖4-185】末端執行器參數定義 121
【圖4-186】Pin針參數定義 121
【圖4-187】銑削加工過程01 122
【圖4-188】銑削加工過程02 123
【圖4-189】交叉結構分層組裝 124
【圖4-190】正反向卡榫分類 125
【圖4-191】分層分類 125
【圖4-192】卡榫上膠 125
【圖4-193】均勻塗抹 125
【圖4-194】擦拭溢膠 125
【圖4-195】夾具固定 125
【圖4-196】分層組裝過程01 126
【圖4-197】分層組裝過程02 127
【圖4-198】結構木榫連接01 128
【圖4-199】結構木榫連接02 128
【圖4-200】表面修整過程 128
【圖4-201】整體組裝過程 129
【圖4-202】外觀照片01 130
【圖4-203】外觀照片02 131
【圖4-204】外觀照片03 132
【圖4-205】外觀照片04 133
【圖4-206】局部照片01 134
【圖4-207】局部照片02 135
【圖4-208】斬斷多餘料 137
【圖5-1】結構配置視圖 140
【圖5-2】YZ圓形幾何 141
【圖5-3】環狀排列 141
【圖5-4】各X軸向偏轉 141
【圖5-5】鏡射 141
【圖5-6】封閉幾何結構交叉 141
【圖5-7】高度分割 141
【圖5-8】XY圓形幾何 141
【圖5-9】Y軸向偏轉 141
【圖5-10】鏡射 141
【圖5-11】結構交叉 141
【圖5-12】環狀排列 141
【圖5-13】高度分割 141
【圖5-14】主體支撐結構參數定義01 142
【圖5-15】輔助環形結構參數定義02 142
【圖5-16】上下層結構線段 143
【圖5-17】長度分割 143
【圖5-18】生成曲面 143
【圖5-19】生成實體 143
【圖5-20】提取左右曲面 143
【圖5-21】生成雙向結構節點 143
【圖5-22】牙條鎖點固定 143
【圖5-23】上下層同心圓 144
【圖5-24】偏移桿件厚度 144
【圖5-25】生成曲面 144
【圖5-26】生成實體 144
【圖5-27】差集桿件交集點 144
【圖5-28】置入中斷板材 144
【圖5-29】置入頭尾段梁腹 144
【圖5-30】曲木亭細部視圖 145
【圖5-31】曲木亭底座視圖 145
【圖5-32】曲木亭頂視圖 146
【圖5-33】曲木亭前視圖 146
【圖5-34】曲木亭透視圖 147
【圖5-35】曲木亭右側視圖 147
【圖6-1】結構節點透視圖 150
【圖6-2】CNC切割圖 150
【圖6-3】三軸CNC銑削過程 150
【圖6-4】節點單元組件 150
【圖6-5】曲木模具透視圖 151
【圖6-6】剖面示意圖 151
【圖6-7】上層與下層曲木模具 151
【圖6-8】曲木模具斷面細部 151
【圖6-9】板材整備 152
【圖6-10】表面打濕 152
【圖6-11】均勻上膠 152
【圖6-12】板材壓合 152
【圖6-13】置入模具 152
【圖6-14】迫緊綁帶 152
【圖6-15】擦拭溢膠 153
【圖6-16】加速乾燥 153
【圖6-17】夾角未修正 153
【圖6-18】夾角圓角修正 153
【圖6-19】三軸CNC銑削加工 153
【圖6-20】梁腹組件(頭、中、尾段) 153
【圖6-21】節點輔具透視圖 154
【圖6-22】節點銑削輔具固定 154
【圖6-23】二代節點輔具透視圖 154
【圖6-24】固定層(下)與替換層(上) 154
【圖6-25】卡榫角度銑削 155
【圖6-26】邊角引孔 155
【圖6-27】卡榫上膠 155
【圖6-28】釘槍固定 155
【圖6-29】桿件輔具透視圖 156
【圖6-30】上下緣桿件銑削輔具 156
【圖6-31】頭段角度切削 156
【圖6-32】尾段角度切削 156
【圖6-33】卡槽銑削 157
【圖6-34】卡槽邊角引孔 157
【圖6-35】桿件零組件 157
【圖6-36】上下緣與樑腹安裝 157
【圖6-37】擦拭溢膠 157
【圖6-38】釘槍固定 157
【圖6-39】第一層組立示意圖 158
【圖6-40】第二層組立示意圖 158
【圖6-41】第三層組立示意圖 158
【圖6-42】第四層組立示意圖 158
【圖6-43】第五層組立示意圖 158
【圖6-44】頂部封閉六邊形 159
【圖6-45】延伸六芒星幾何 159
【圖6-46】桿件與節點放樣 159
【圖6-47】組裝過程01  159
【圖6-48】組裝過程02  159
【圖6-49】組裝過程03  159
【圖6-50】組裝完成 159
【圖6-51】人體尺度對照 159
【圖6-52】球形曲木亭全貌拍攝01 160
【圖6-53】球形曲木亭全貌拍攝02 160
【圖6-54】球形曲木亭全貌拍攝03 161 
【圖6-55】球形曲木亭局部拍攝 161
【圖6-56】球形曲木亭細部拍攝01 162
【圖6-57】球形曲木亭細部拍攝02 162
【圖6-58】球形曲木亭頂部陰影拍攝 163
【圖6-59】陽光燦爛的球形曲木亭陰影 163
References
木工材料百科大圖鑑
作者:田中一幸與山中晴夫
出版社:大口製本印刷株式會社.2008

機械複製時代的藝術作品
作者:Walter Benjamin
翻譯:王才勇
出版社:中國城市出版社.2002

ROBOTIC FUTURES 建築機器人建造
作者:Philip F.Yuan / Achim Menges / Neil Leach 等著
出版社:同濟大學出版社.2015

FABRICATE 2017
作者:ACHIM MENGES / BOB SHEIL / RUAIRI GLYNN / MARILENA SKAVARA
出版社:UCLPRESS

FABRICATE 2020
作者:JANE BURRY / JENNY SABIN / BOB SHEIL / MARILENA SKAVARA
出版社:UCLPRESS

Robotic Fabrication in Architecture , Art and Design 2018
作者:Jan Willmann.Philippe Block / Marco Hutter.Kendra Byrne / Tim Schork
出版社:Springer

Advancing Wood Architecture
作者:Achim Menges / Tobias Schwinn / Oilver David Krieg
出版社:ROUTLEDGE.2016

TIMBER GRIDSHELLS
作者:John Chilton / Gabriel Tang
出版社:ROUTLEDGE.2016

以多向度榫卯接頭搭建的純木框架結構與機械手臂製造之應用
作者:王明洋/淡江大學建築研究所/109

機械手臂於數位製造及構築之應用-以金屬加工為例
作者:林晉瑩/淡江大學建築研究所/108

建築織理性木構築
作者:宋非凡/淡江大學建築研究所/107

應用機械手臂製造木構築
作者:黃崇安/淡江大學建築研究所/106

曲木數位製造
作者:黃凱祺/淡江大學建築研究所/105
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