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研究生： 詹森雄
論文名稱： 吊塔系統設計與分析
Design and Analysis of Pendant System
指導教授： 蕭德瑛
Dein Shaw
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 98
中文關鍵詞： 吊塔 、醫療設備 、機構設計 、品質機能展開法
外文關鍵詞： pendant, medical equipment, mechanical design, Quality Function Deployment, QFD
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    • 摘要
    吊塔系統是手術室中常用的設備，主要功能在與將各種氣體、電力或訊號管線藉由吊塔做統一管理。一方面可以方便醫護人員使用，另一方面也使管線不阻礙醫護人員在手術室中的行進，所以吊塔本身通常具有可以移動調整位置的功能，以配合手術室裡各種的配置。吊塔通常還會需要掛載設備，所以吊塔還會需要相當的負載能力。現在的吊塔通常有單臂式與雙臂式，單臂式的負載能力高，而只能以臂長為半逕的圓周上定位，而雙臂式則可在雙臂長為半徑為圓的全平面上定位，但負載能力卻遠不及單臂式，在選用上就需要取捨這兩種功能性。所以本論文，將採用品質機能展開法(Quality Function Deployment; QFD)方法，對吊塔做詳細的研究後，設計一種單臂高負載能力，又可在全平面上定位的吊塔手臂。

    Abstract
    Pendant system is frequently used equipment in operation room, and its main function is to integrate various gas, electric, signal pipelines and supporting the equipments of operation. It can provide nursing staffs a convenient way to use the operation equipments, and prevent them from the stumble caused by those supply lines. Pendant system is usually with locating capability to place the equipments on a suitable position in operation room. Pendant system needs a properly loading capability due to installed equipments. The most frequently used pendant systems can be separated into two groups: single-arm type, duo-arm type. Single-arm type usually has high loading capability, but the location ability only on its arm-radius circumference; duo-arm type has the location ability on its arm-radius full circle surface, but a comparatively low loading ability. Therefore, when choosing the pendant, there is trade-off due to these two requirements (loading capability, locating ability). In this study, Quality Function Deployment to research pedant system is used to find the specifications, and design a kind pendant system with single arm and full circle surface location capability.

    目錄 誌謝 I 摘要 II Abstract III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1法規 2 1.3相關產品 21 1.4研究目的 34 第二章 研究方法 36 2.1品質機能展開法 36 2.2 QFD步驟 38 2.2.1 定義顧客 38 2.2.2 定義顧客的需 39 2.2.3定出需求的相對重要性 40 2.2.4目前顧客需求被滿足的程度 41 2.2.5訂定工程規格 42 2.2.7設定工程目標 43 2.2.9其他QFD注意事項 44 2.2.10對吊塔進行QFD之結果 45 2.2.11訂定設計目標 50 第三章 吊塔之原型設計 51 3.1垂直主臂結構 52 3.1.1手搖桿-齒輪 53 3.1.2齒輪-齒輪臂 53 3.1.3齒輪臂-螺旋臂 54 3.1.4螺旋臂-垂直主臂外臂 54 3.1.5螺旋臂-垂直主臂外臂-中心臂 55 3.2主軸 56 3.2.1主軸本體-軸承 57 3.2.2主軸外殼 58 3.2.3主軸外殼-主軸煞車 58 3.2.4主軸煞車-彈簧斜面擋板 59 3.2.5主軸煞車-煞車滑片 60 3.3爪輪 61 3.3.1爪輪外殼 63 3.3.2爪輪外殼-滾輪 64 3.3.3爪輪外殼-夾持輪 64 3.3.4爪輪外殼-水平煞車 66 3.4水平主臂 68 3.5關節 69 3.5.1關節-水平主臂 70 3.5.2關節-垂直主臂 70 3.6伺服頭 71 第四章 計算分析與模擬 73 4.1垂直臂的螺桿自鎖條件 73 4.2主軸煞車 75 4.3爪輪 78 4.4垂直主臂模擬承受負載 81 4.5水平主臂模擬承受負載 83 4.6爪輪模擬承受負載 88 4.7主軸承受模擬負載 94 第五章 結論 96 參考文獻 98 圖目錄 圖1- 1 手術室中的吊塔 1 圖1- 2 詳細之轉軸結構圖 6 圖1- 3 吊塔手臂的側視圖 8 圖1- 4 為沿圖1- 3II-II線的剖視圖 8 圖1- 5 支撐臂與蓋子圖 9 圖1- 6 為沿Fig3的V-V線的剖視圖 9 圖1- 7吊塔手臂的等角圖 11 圖1- 8. 吊塔手臂的等角爆炸圖 11 圖1- 9 天花板與吊塔手臂聯結的軸承與整體轉軸爆炸圖 12 圖1- 10 傾斜(tilt)示意圖 13 圖1- 11 手臂聯結軸承與整體轉軸爆炸圖 14 圖1- 12 傾斜(tilt)示意圖 15 圖1- 13 裝置圖 17 圖1- 14 裝置圖 18 圖1- 15 裝置圖 18 圖1- 16 吊塔手臂的側視圖 20 圖1- 17 剖視圖與部份放大圖 20 圖1- 18 剖視圖 21 圖1- 19 ACROBAT_ Swing ceiling-mounted 22 圖1- 20 ACROBAT_ Swing as mobile stand 22 圖1- 21 ACROBAT_ 77 with extension arm wall mounted 23 圖1- 22 ACROBAT_ 77 at triple Central Axis 23 圖1- 23 ACROBAT_ 2000 with extension arm 23 圖1- 24 ACROBAT_ 2000 dual arm ceiling mounted 23 圖1- 25 ACROBAT_ 3000 with adapter element 24 圖1- 26 ACROBAT_ 3000 with two TFT-monitors 24 圖1- 27 OndaSpace_ ceiling munted with extension arm and spring arm 24 圖1- 28 OndaSpace_ wall mounted with a small service box 24 圖1- 29 Central Axis triple 25 圖1- 30 Central Axis with OR lights and flat screens 25 圖1- 31 Multimovement Pendant_ 85 25 圖1- 32 Multimovement Pendant_ 90 25 圖1- 33 Multimovement Pendant_200 26 圖1- 34 Motorised arm 750 mm to 200 kg 26 圖1- 35 Multimovement Pendant_200 27 圖1- 36 OndalScope_400 28 圖1- 37 OndalScope_600 28 圖1- 38 OndalScope_400/600 29 圖1- 39 unipor 30 圖1- 40 kinoport 31 圖1- 41 incareport 31 圖1- 42 ALM系列之各式吊塔圖 32 圖1- 43 ALM系列之各式吊塔圖(續)與產品適用表 33 圖1- 44 Hanauport系列的各式吊塔實體圖 34 圖2- 1 機構設計流程圖(The mechanical design process)[17] 37 圖2- 2 House of Quality 38 圖2- 3 who步驟 38 圖2- 4 what步驟 39 圖2- 5 who vs. what 步驟 40 圖2- 6 now, now vs. what步驟 41 圖2- 7 how步驟 42 圖2- 8 what vs. how步驟 43 圖2- 9 how much步驟 43 圖2- 10 how vs. how步驟 44 圖3- 1吊塔整體外觀 52 圖3- 2 吊塔-主軸、爪輪、水平主臂 52 圖3- 3吊塔-關節、垂直主臂 52 圖3- 4吊塔-垂直主臂、伺服頭 52 圖3- 5 垂直主臂外觀圖 53 圖3- 6傘齒輪組-手搖桿 53 圖3- 7傘齒輪組-手搖桿 53 圖3- 8齒輪臂-傘齒輪組-手搖桿(遠) 54 圖3- 9齒輪臂-傘齒輪組-手搖桿(近) 54 圖3- 10螺旋臂-齒輪臂(遠) 54 圖3- 11螺旋臂(近) 54 圖3- 12螺旋臂-垂直主臂外臂(等角視圖) 55 圖3- 13螺旋臂-外臂(上視圖) 55 圖3- 14外臂透視圖 55 圖3- 15螺旋臂-中心臂 56 圖3- 16螺旋臂-垂直主臂外臂-中心臂 56 圖3- 17 主軸等角視圖 56 圖3- 18主軸俯視圖 56 圖3- 19 主軸俯視圖(煞車臂轉軸) 57 圖3- 20主軸俯視圖(煞車滑片) 57 圖3- 21主軸本體-軸承圖(等角視圖) 57 圖3- 22主軸本體-軸承圖(仰視圖) 57 圖3- 23主軸外殼圖(俯視圖) 58 圖3- 24主軸外殼圖(彈簧組裝圓柱陣列) 58 圖3- 25 主軸外殼圖(煞車安裝軸孔) 58 圖3- 26主軸外殼圖(煞車滑片安裝槽) 58 圖3- 27主軸外殼-主軸煞車夾持狀態 59 圖3- 28主軸外殼-主軸煞車鬆開狀態 59 圖3- 29主軸-主軸煞車 59 圖3- 30主軸-主軸煞車-彈簧斜面擋塊-彈簧 59 圖3- 31主軸-主軸煞車-彈簧斜面擋塊-彈簧 60 圖3- 32主軸外殼-彈簧斜面擋板-彈簧 60 圖3- 33煞車滑片 60 圖3- 34主軸-煞車臂(前視) 60 圖3- 35主軸-煞車臂-煞車滑片 61 圖3- 36主軸外殼-主軸-煞車臂-煞車滑片 61 圖3- 37爪輪(側視圖) 62 圖3- 38爪輪(俯視圖) 62 圖3- 39爪輪(左等角視圖) 62 圖3- 40爪輪(右等角視圖) 62 圖3- 41爪輪外殼(左等角視圖) 63 圖3- 42爪輪外殼(右等角視圖) 63 圖3- 43爪輪外殼(側視圖) 63 圖3- 44爪輪外殼(俯視圖) 63 圖3- 45爪輪外殼-滾輪(側視圖) 64 圖3- 46爪輪外殼-滾輪 64 圖3- 47爪輪外殼-彈簧陣列 65 圖3- 48爪輪外殼-彈簧陣列 65 圖3- 49爪輪外殼-彈簧斜面擋塊 65 圖3- 50爪輪外殼-彈簧斜面擋塊-挾持輪 65 圖3- 51彈簧斜面擋塊 65 圖3- 52彈簧斜面擋塊 65 圖3- 53 夾持輪 66 圖3- 54夾持輪 66 圖3- 55爪輪外殼-彈簧陣列 66 圖3- 56爪輪外殼-彈簧斜面擋塊 66 圖3- 57彈簧斜面擋塊-煞車輪 67 圖3- 58彈簧斜面擋塊-煞車輪-含煞車皮 67 圖3- 59煞車狀態-水平夾持 67 圖3- 60煞車狀態因主臂擺動解除煞車 68 圖3- 61煞車狀態因主臂擺動解除煞車 68 圖3- 62水平主臂(側視圖) 69 圖3- 63水平主臂(等角視圖) 69 圖3- 64水平主臂-背板 69 圖3- 65水平主臂-鎖條 69 圖3- 66關節(側視圖) 70 圖3- 67關節-水平主臂 70 圖3- 68關節-水平主臂 70 圖3- 69關節-垂直主臂 71 圖3- 70關節-垂直主臂 71 圖3- 71伺服頭(等角視圖) 72 圖3- 72伺服頭與垂直主臂連結軸承 72 圖3- 73伺服頭-煞車控制手把 72 圖4- 1垂直主臂外殼與螺紋示意圖 74 圖4- 2螺紋等效成斜面 75 圖4- 3主軸煞車示意圖 76 圖4- 4彈力經由斜面轉為煞車力 77 圖4- 5煞車臂圓柱與滑片 78 圖4- 6煞車把手 78 圖4- 7 爪輪受力 79 圖4- 8 彈力轉成夾持力 80 圖4- 9 水平煞車輪煞車力 81 圖4- 10水平煞車把手 81 圖4- 11 垂直主臂模擬條件 82 圖4- 12垂直主臂模擬結果 83 圖4- 13水平主臂模擬條件 84 圖4- 14水平主臂模擬結果 85 圖4- 15 改良設計之水平主臂截面形狀 86 圖4- 16 改良水平主臂模擬條件 86 圖4- 17改良設計水平主臂模擬結果 87 圖4- 18 末端滾輪模擬條件。 88 圖4- 19 末端滾輪模擬。 89 圖4- 20夾持輪模擬條件-施力 90 圖4- 21夾持輪模擬條件-固定邊界 90 圖4- 22夾持輪模擬結果 91 圖4- 23夾持輪之改良設計 92 圖4- 24修正設計夾持輪模擬結果 93 圖4- 25主軸模擬條件 94 圖4- 26 主軸模擬結果 95 表目錄 表2- 1 WHO、WHAT、WHO V.S. WHAT 45 表2- 2 WHAT、HOW、WHAT V.S. HOW 46 表2- 3HOW V.S. HOW 47 表2- 4NOW V.S. WHAT 47 表2- 5HOW、HOW V.S. HOW MUCH 49

    參考文獻
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