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一.諸 葛 亮 木 牛 流 馬
Chu-Ko Liang's "Wooden Oxen and Gliding Horse"

三國時代諸葛亮六出祁山,最後利用木牛流馬大敗魏軍。」這段歷史至今仍膾炙人口。舉凡陳壽【三國志】、楊家駱【諸葛亮集】、楊家駱【南 齊書-祖沖之傳】…等著作,皆或多或少記載木牛流馬之發明,因此其真實性應是無庸置疑。
由於缺乏圖形的佐證,因此木牛流馬究竟為何物,至今仍有很大的爭論。其中較為可靠的說法有三:一、木牛流馬即為現今所稱的獨輪車;此種主張的人數最多。高 承【事物紀原】、【宋史】與【歷代名臣奏議】等,皆抱持此一論點;而近代之劉仙洲、李約瑟及陸敬嚴等人亦有相同看法。二、木牛流馬是步行機器;主張此論點 的有【南齊書-祖沖之傳】、羅貫中【三國演義的政治與謀略觀】與李昉【太平御覽】…等,上述著作皆認為木牛流馬是失傳的古機械「奇器」。三、木牛是獨輪 車、流馬是四輪車。
本研究至目前計有王湔及林寬禮的八連桿步行機器馬。
以下分別針對此二人的研究作簡略的介紹:


王 湔型木牛流馬
Wang-Chien Type Wooden Oxen and Gliding Horse
Advisor:王湔(Chien Wang)


圖一 木牛流馬足部軌跡 圖二 王湔型木牛流馬

中國大陸新疆工學院的學者王湔,基於對中華文 物的熱忱,生平致力於失傳古機械的研究。他認為四川棧道並不適合獨輪車的行走,因此木牛流馬應是「由連桿構成之步行機器」。
他根據【諸葛亮集】中的「做木牛流馬法」所述:「木牛者,方腹曲頭,一腳四足…牛仰雙轅,人行六尺,牛行四步,載一歲糧,日行二十里,而人不大勞。…」認 為木牛流馬需靠人力扶持前進,且載重能力相當高,並能前進後退,為一對稱機構。王湔先生憑藉其多年的實務經驗,最後做出一能單側同步前進之單側十七桿型木 牛流馬。不僅驗證其論點,也對研究失傳古機械做出極大之貢獻。


林 寬禮型木牛流馬
Lin-Kuanli Type Wooden Oxen and Gliding Horse
Advisor:顏鴻森(Hong-Sen Yan)
Student:林寬禮(Kuan-Li Lin)(M.S.)


(a)支撐段
(b)跨步段前期
(c)跨步段後期

林寬禮型木牛流馬三階段運動圖

王湔所做之木牛流馬由於是其憑實務經驗所完成,因此,王湔型木牛流馬不論在越野能力的表現上,或是著地時所帶給機架的衝擊力,皆有相當大的改進空間。
基於此點,林寬禮研究的主要目的便在於分析王湔型木牛流馬,並利用田口品質設計方法,修改原機構之設計尺寸,以得到一改良型之木牛流馬。
首先,以實地觀察並收集相關資料,來探討真牛在不同運動速度下的各種步態。由觀察結果得知,因運動速度的不同,真牛在運動型態上,會有步行、慢跑、以及快 跑三種步態,且每一種步態的支撐段所佔全週期的時間比,會隨速度的小幅度增加而減少。王湔型木牛流馬是採單側同步前進,雖然真牛無此步態,但可印證古書記 載,林寬禮也採用相同步態。
接著,針對單側十七桿型木牛流馬進行分析。此型木牛流馬為左右對稱機構,兩側曲柄成180°,因此兩側之動作型態恰好相反,符合單側前後腿同步前進之方 式。單側機構扣除機架本身,後腿以十根連桿構成,前腿則以四桿構成,兩腿之間以兩根等長雙接頭連桿相連接。而在支撐段時,其運動方式符合膝關節暫時鎖定原 理,即大小腿無相對運動,髖關節與蹄部的相對運動為一圓弧線。此種運動方式最為省力,能使木牛流馬所需推力降到最小。
最後,林寬禮根據田口品質設計方法,以提高跨步能力與降低足部著地速度為目標,來進行尺寸最佳設計。結果得到多組效果的改善約有兩倍之尺寸數據,兩個設計 目標皆有良好的改進。此外,由結果得知,不需大幅改變桿長,就能大幅改善原機構所產生的缺點。
產出:
1.林 寬禮,王湔木牛流馬之改進設計,碩士論文,國立成功大學機械工程研究所,1995。



中華古機械研究中心目錄

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摘自:http://140.116.71.92/acmlab/newpage9.htm


二.機器人研習 DIY火牛陣重現江湖(現代的木牛流馬)


2009/10/17電機工程系於6307教室舉辦「機器人之『教』與『學』研習會」,第一場請到中華大學工程科學所博士吳嘉文帶領同學接觸中華古機械的世界,並指導同學現場組裝機器人,重現田單復國的火牛陣。第二場則請到蟠桃國小資訊組組長范運平主講「科技與藝術的結合-以2009WRO創意賽為例」,范老師指導2009WRO國小組創 意賽榮獲全國第二,也將於11月率隊代表國家赴韓國參加世界機器人盃競賽,他詳細介紹參賽前的基本 功準備,以及過程、心得,輔以作品實例,寶貴的實戰經驗讓同學開了眼界,最後並示範電吉他實作,看著機器人彈電吉他,同學更了解科技也可以運 用在藝術、落實在生活裡。

吳嘉文博士介紹中華古機械-指南車、記里鼓車、魯班木馬車,及其開發的可操作組合的模型,看著古 機械變身,古老的文化突然清晰可見,多了一份真切感,十分有趣。學員聽完演講,紛紛到台前把玩吳博士帶來的各式機器人,並討教其中的理工原理,對槓桿、齒輪結構與運轉、差速器、力的傳遞、方向改變與匯聚等等有了更具體的認識。

今天的重頭戲當然是火牛攻城大戰,在吳老師講解完 要領後,同學便動手組裝六足步行機器人,只見同學分組埋頭研究,其中一組火速完成,帶給其他同學莫大壓力,紛紛加快速度。終於 全部機器人就位,五台一字排開,甚為壯觀,同學早已站在己方的陣營,一聲令下,攻擊手手持手電筒,努力用光線控制機器人前進,一心要刺破星羅棋布的汽球, 兩方同學觀戰、加油,笑聲不斷,一場二電四A藍天使隊大戰四電四A紅魔鬼隊的遊戲,讓機器人的魅力橫掃全場、深入人心。

 

▲ 同學對各式模型車充滿好奇。

(攝影/簡麗玲)

▲樂高積木也可以做出指南車,重現古人的智慧,最上方的指南針造型是不是很時尚呢?(攝影/簡 麗玲)

具體而微的「木牛、流馬」,來自諸葛亮的啟發。

(攝 影/簡麗玲)

▲同學分組組裝機器人,正認真研究著每個細節,以確保待會兒上場不漏氣。

(攝 影/簡麗玲)

▲吳老師講解如何以手電筒操控機器人前進。















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