機械工業網

作者:李宜玲、曾俊彥、李桂銘、李峰吉EtherCAT 全數位運動控制平台發展與應用

從傳統工業演變至自動化工業，廠區自動化設備的擴增提升了製品的產量與精密度，也讓硬體線路配置變得更加繁複，運用乙太網路控制自動化技術(EtherCAT)進行控制與網路通訊，不僅可將原本複雜的佈線改以網路線取代，即可進行高速資料與控制訊息的傳輸，提升資料的正確性與抗干擾能力；在5G來臨的時代，工廠將會迎來重大變革，結合大數據與IoT形成智慧型工廠，使得資料傳輸網路化成為重要的議題。本文將介紹工研院機械所以EtherCAT技術整合運動控制函式庫，開發出全數位運動控制平台(EMP)，並結合開放式通訊協定OPC UA與MQTT之相關應用。

作者:黃靖倫、楊士進、張鈞傑、林奕任、陳俊佑、周柏寰無人機馬達幅值調變低取樣頻率之無感測器適應性控制開發

本論文研究無人機之驅動策略並且提出新的幅值調變驅動方式，主要分為三部分：一為解決無人機所用之直流無刷馬達運作頻率接近微控制器之運算頻率時因為取樣頻率不足所導致的問題，二為利用適應性控制提升無人機速度迴路的響應。三為利用新的SiC寬能隙半導體製作PAM的前級驅動以提升效率並且縮小整體的重量以及體積。

作者:胡振煇、吳柏富交通情境模擬對自駕車發展的助力和挑戰

作者:吳柏勳、李日傑、楊宗育、鄭志平、李建毅虛擬公差比對插補命令學習技術

工具機於加工不同的工件時，伺服與控制器參數並不一定適合每一種工件，且機台長時間加工也有零件磨耗及老化的情況，造成生產的品質不佳，需要耗費更多的金錢與時間才能將問題收斂。對廠商而言，商品生產過程中如何提高效能降低消耗便是重要的議題。虛擬比對量測技術可應用於工具機加工控制品質與整機壽命維護，透過實體機台與虛擬模型之動態行為精準映射對應，輔助使用者即時修正切削命令與同步修正預測保養模型。本文將針對可改善機台生產品質之虛擬公差比對插補命令學習技術進行介紹。

作者:李日傑、吳柏勳、曾郁升、林子喬、麥朝創CNC 控制器慣量估測技術發展與介紹

近年來工具機加工朝向少量多樣的生產趨勢發展，然而當前的伺服參數出廠設定值無法滿足不同類型加工需求，且機台負載工件重量不同影響動態響應，因此如何針對不同的工件品質需求來調整控制器參數變得極為重要。本文針對當前國內外CNC控制器，對於慣量估測技術之發展進行說明與介紹。

作者:林政傑、廖建智、何筱晨、周國華、王仁傑智慧化加工參數調整模組整合工具機刀尖點預測技術應用實務切削

在工具機產業中，加工件品質好壞關鍵由表面粗糙度、精度及速度決定，加工參數調整成為品質關鍵因素，可避免結構振動且提高輪廓精度，問題點在於如何依據成品標準設定加工參數決定表面粗糙度、精度及速度？工研院研發智慧化加工參數調整模組，此模組應用機台實際加工，依據不同的加工產品需求決定加工參數，模組特色一為加工參數全由電腦運算最佳值，取代人為試誤法的缺陷，可提升調整參數效率。實際切削行為是主軸刀具與工作台工件的相對關係，模組特色二為納入主軸刀尖點(TCP)動態響應，依據主軸刀尖點(TCP)特徵進行加工參數調整。

作者:李敏豪、Denis Xynkin嵌入式工業物聯網與XBee無線模組之整合應用

Digi International XBee是一種可透過協調器（Coordinator）、路由器（Router）及端點（Endpoint），進行從屬設備無線數據交換的網路模塊，市場上已有眾多與其相容的設備販售，使用者可以靈活地選擇進行無線系統建構。本文將介紹工研院機械所發展的無線裝置應用，透過低功耗的微控制器（MCU），經過自訂的通訊協議，並以實現雙向控制，避免封包漏失及確保重送機制，完成高強度的雙向控制遠距離節點控制器。含底層負責採擷數據的感測層端點盒（Endpoint Box），以及透過Digi-Mesh無線傳輸數據的通訊層，中層提供工業物聯網通訊標準閘道器的雙向轉換協作器（Gateway Coordinator），以及上層後台生管製造或雲端系統。

作者:鄭人豪、葉佳榮、張禎元多機器人系統編隊控制研究

啟發自生物界螞蟻雄兵的協同合作搬運，期望讓工廠用的自動導引載具能夠打破尺寸大小的限制，協同組合工作，提升工廠自動化、產線上的彈性。此研究設計一個主從編隊的控制架構，能夠讓多機器人維持隊形，並同時移動至目的地。最後，以機器人作業系統（Robot Operating System, ROS）與Gazebo平台模擬、驗證其結果。

作者:許煜亮、周柏寰、楊士進、陳俊佑、劉乃文內藏式永磁同步馬達定力矩與定功率控制之開發

本論文研究內藏式永磁同步馬達在全速度操作域最大效能之輸出控制開發，在額定轉速內使用最大力矩控制產生最大定力矩輸出，在額定轉速外使用弱磁控制產生最大定功率輸出。針對最大力矩控制，本論文推出定45度m-t軸最大力矩控制方法，可簡化一般參數型的根號計算，讓系統能有相同最大力矩輸出的前提下也能有更少的計算時間。針對弱磁控制，本論文將比較前饋型弱磁控制以及回授型弱磁控制的暫態與穩態響應，並針對其需要的參數設定以及弱磁控制器設定加以優化，讓這兩種弱磁控制都能實現相近的最大定功率輸出。

作者:陸品丞、李宜靜、李宜玲工業4.0通訊技術於運動控制系統之應用與趨勢

工業技術已發展至第四次工業革命，近年來德國也提出工業4.0的概念，透過將數位化與虛擬化導入生產系統中，以打造智慧工廠為訴求，結合製造業與資訊技術，提出網路實體系統（Cyber-Physical System, CPS）的解決方案。國內外大廠也紛紛投入設備自動化、系統虛實化及工廠智慧化的發展。而互聯網在工業自動化領域中也逐漸占有重要的地位，但因為缺乏一個統一的通訊標準，使得資訊整合成為工業4.0的一大瓶頸。因此本文將介紹OPC UA （Open Platform Communications Unified Architecture）及MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）兩種目前最新的通訊機制，並與機械手臂之運動控制系統進行整合。

作者:曾郁升、徐士哲、林孟秋、李建毅、高永洲銑床控制器線上CAD/CAM技術

一般電腦輔助設計與製造（Computer Aided Design & Computer Aided manufacturing, CAD/CAM），均以離線方式規劃加工路徑，必須經過CAD模型編輯、CAM路徑規劃與PP後處理加工程序，最後將NC碼傳輸至CNC進行加工。商用CAD/CAM軟體功能強大，已發展至可支援五軸同動銑削之刀具路徑產生、機器手臂加工路徑產生以及日漸增加的積層製造路徑等高複雜度之功能，然而，機械製造產業實務上面的大多數機械零件加工應用，倒是不見得均需要使用到如此複雜的高階功能，因此將簡化版的CAD/CAM系統內嵌至控制器中已成為智慧製造趨勢。本文將介紹國內外商用銑床控制器線上CAD/CAM技術，期望銑床使用者能對於控制器內嵌CAD/CAM技術有更深入的了解。

作者:吳柏勳、李日傑、張仲敏、李建毅、林明宗五軸線上即時刀具路徑轉角平滑控制介紹

CAM系統中，五軸工件輪廓曲面是高階多項式(自由曲面)構成，通常使用多直線短單節來逼近曲線，CAM所產生的不良加工路徑可能誘發機台共振，導致工件呈現不規則表面。本文針對國外三大商用控制器廠商(FANUC、SIEMENS、HEIDENHIAN)所推出的五軸控制器中的高階功能進行介紹，並將本次技術著重在控制器的轉角平滑化功能上，透過擬合平滑刀具路徑來改善不良的加工路徑。藉由與各位業界先進分享工研院對此功能的學理與應用之研究，期望可提供國內五軸加工使用者，對於控制器使用之相關資訊。

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