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作者:周聖鈗、李欣泓、陳響亮、陸品丞、朱玉鳳基於EtherCAT全數位運動控制技術於物聯網（IoT）之應用研究

隨著物聯網（IoT）時代來臨，工業應用領域也開始整合各種技術而興起新一波工業革命，稱為「工業4.0」。工業4.0當中提倡智慧工廠概念，廠內設備的監控與自動化甚為重要，因此首先必須達到工廠資訊的透明化，經由廠內資訊的交互流通，雲端系統可以即時獲取廠內狀態，整合設備資料與生產訊息，掌握人機物料所有狀況，再經由大數據分析及智慧設備達到智動化控制。但工業自動化控制網路標準繁多，常造成機台設備與雲端系統整合上的困難。

至此，工業技術研究院所開發的EtherCAT運動控制平台（EMP），其具有Real-time特性之Ethernet為基礎，使用者可以透過此平台與EtherCAT從站（伺服驅動器、I/O等）連結，有別於傳統運動控制系統，EMP不需額外的硬體,只需透過標準網路卡即具備多軸運動控制能力[1]。EMP直接相容於乙太網路，除整合雲端系統上具有極大優勢外，對於現今生產製造所要求的高即時性亦能兼顧。本文將探討EMP在智慧工廠概念中，利用EMP易開發且高相容的特性，整合行動化裝置與雲端監控系統，實現EMP的行動化應用。

作者:周信宏、吳永靖、臧錫智、田秋寶六軸關節型機械手臂伺服驅動控制系統設計與性能量測

本文主要發展以FPGA為基礎之六軸關節型機械手臂伺服驅動控制系統。首先，將推導具有以永磁同步馬達為致動器之機械手臂數學模式。其次，在位置控制器採用模糊控制器以提高位置控制的穩健性。接著，以Altera公司發展具有可嵌入一顆軟核心Nios II處理器之FPGA晶片來開發六軸關節型機械手臂伺服驅動控制晶片。此晶片內含有兩個模組。第一個模組為Nios II處理器，以軟體方式來發展點對點運動軌跡規劃，而第二個模組，以數位硬體方式來實現六軸位置/速度/電流控制器。FPGA晶片由於具有快速的硬體運算能力、平行處理能力及軟硬體共同設計能力，因此極適合用來發展此六軸關節型機械手臂伺服驅動控制系統。最後，位置步級響應測試與點對點位置重現性測試，將用來評估所提控制系統的性能。

作者:潘正堂、楊育昇、張竣傑、王紹宇、孫培原多軸馬達控制於下肢外骨骼醫療輔具開發

因應臺灣的醫療科技服務的發展，包含運動傷害、疾病復健、身心障礙者及銀髮族等需求，本文介紹馬達設計及控制器之開發應用於下肢外骨骼醫療輔具，其下肢外骨骼機構亦是由本文所設計。馬達設計以醫療輔具應用為目標，使用有限元素分析法進行磁路分析。控制器分為上位控制器及馬達驅動器，上位控制器建立步態時序命令控制多軸馬達；馬達驅動器以磁場導向控制（field-oriented control, FOC）之空間向量脈寬調製（space vector pulse width modulation, SVPWM）法則建構電流、速度、位置控制程式並設計比例、積分、微分（proportion, integral, differential, PID）控制器得到高響應頻寬及高穩定度。最後整合機構、馬達、驅動器及上位控制器開發具有良好適應環境能力之下肢外骨骼醫療輔具。

作者:趙昌博、王懷三、邱康富、黃介一應用於光學穩定化模組之手震抑制系統開發

本研究致力實現相位領先-落後控制器之虛實整合數位控制平台技術，用於增加各式手機相機之新型光學影像穩定器（optical image stabilizer, OIS）模組中鏡片穩定性，改善手部的晃動所造成拍攝相片不清晰之問題。數位控制設計系統為參考單眼數位相機中防手振系統之機構與相關伺服技術，利用軟硬體相互搭配方式開發出模態分析系統與相位領先-落後控制器，搭配後端驅動晶片，實現本研究所提出光學影像穩定器中相位領先─落後控制器之虛實整合數位控制平台，最後利用現場可程式化閘陣列（field-programmable gate array, FPGA）系統實證。本數位控制系統平台主要針對市場上手機照相光學影像穩定器模組進行分析，其系統之鏡片位移與轉動作為系統控制參數，搭配驅動鏡片之音圈馬達磁力控制以達到非線性防手振光學影像器系統開發。主要研究可分為三大部份：（1）光學影像穩定器模組系統模態鑑別程序標準化；（2）光學影像穩定器模組參數變動之相位領先-落後控制器設計與結果模擬驗證；（3）利用FPAG相關技術與Matlab/Simulink/HDLCoder建立即時參數調整光學影像穩定器數位控制平台。首先使用市面上手機照相光學影像穩定器模組系統建立標準化之數學模式，系統經線性化與解耦合分析，在參數變化下進行強健相位領先-落後控制器設計，再由模擬與實驗軟硬體整合方式來驗證控制器之功效後，經實際的電路來建立系統之數位控制平台。

作者:郭俊宏國產CNC控制器自動測試軟體簡介

CNC控制器除了追求功能與效能外，長期穩定運作也是其特性之一，客戶端使用機台的方式幾乎是全年無休，如果使用期間遇到問題而導致停機，將使客戶受到巨大的損失，所以穩定性是不可或缺的一環。因此，為提升CNC控制器的穩定性，本文先介紹CNC控制器手動驗證的流程與方法，接著說明如何透過工研院開發的自動測試軟體GMC Inspector軟體，達到CNC控制器的自動驗證，以簡化手動驗證的流程與時間。

作者:楊宗賢、劉昱顯異質設備多機同動與協作控制技術

在自動化產業中，控制器的功能整合為快速導入產線的關鍵組件之一，一般工廠內包含多種非開放式的異質設備，受限於其中的軟硬體限制，在整合上往往需耗費大量時間和專業人力資源來進行介面設計和程式編寫。本文針對產線的需求，開發一種基於多種通訊技術的介面整合，實現具模組化的軟硬整合技術，此技術完成了設備間的高效同步通訊和協作，並搭配人工智慧演算法的手段解決傳統無法自動化的流程，大幅降低自動化的門檻，同時增加生產效率和整體穩定性。本文透過實際的橡膠產線驗證，建立具自動化的生產流程。

作者:林耿宏電動巴士動力系統驗證技術

因應巴士電動化需求，國內零組件業者迫切需要有一完整車輛動力系統驗證環境，因此工研院近年來致力於建立車輛電動動力系統性能與功能安全之測試驗證技術。目前除已具備馬達性能及環境可靠度驗證能量之外，工研院已建立硬體嵌入式 Hardware in the Loop（HIL）虛擬車輛驗證平台，並協助國內相關廠商以建立之技術進行產品開發驗證。

作者:彭俊穎、王郁仁以控制器伺服馬達電流監測切削力變化及刀具磨耗技術研究

隨著工業 4.0 發展，製造業導入人工智慧與大數據技術，以提升生產效率與競爭力。傳統刀具磨耗監測需拆卸刀具，導致機器停機並增加成本。為克服此限制，本研究探討透過控制器伺服馬達電流監測切削力與刀具磨耗。實驗使用亞崴五軸工具機 (FV560)，變換切削參數以收集西門子控制器 (840D) 的主軸馬達電流訊號並建立切削力模型。透過快速傅立葉轉換 (Fast Fourier Transform, FFT) 與希爾伯特-黃轉換 (Hilbert-Huang Transform, HHT) 提取刀具磨耗相關特徵。結果顯示，切削力與主軸電流呈線性關係，且電流訊號會隨刀具磨耗變化而改變，FFT 與 HHT 分析結果高度吻合，驗證了電流監測方法的可行性。

作者:洪名杰、賴泰華、黃金鴻單向墊及對向墊液靜壓軸承的薄膜節流器參數設計

本文以薄膜節流器之設計參數，對應單向墊與對向墊液靜壓軸承的特性，進行介紹及優化探討。針對薄膜節流器的兩個主要設計參數；無因次薄膜剛性與軸承設計節流比λ，本研究初步分析，發現在=1.33及λ=0.25條件下，薄膜的變形曲線將符合理想趨勢，此時，單向墊軸承的理論剛性具有無窮大的特性。單向墊軸承的結果亦可延用至對向墊軸承。相較於單向墊模型，對向墊模型擁有較大的承載範圍，靜態剛性表現也較佳。分析結果顯示，對向墊液靜壓軸承採用上下墊相同有效面積的設計情況下，無因次負載達±0.4時，其軸承位移量仍可維持於±2%的設計油膜間隙內。

作者:黃介一、劉祖閔、林正軒、黃建銓沼氣發電併網輸出應用推動現況探討

使用沼氣發電之燃氣系統屬生質能應用範疇，近年來在工業技術發展的支持下，小型沼氣發電系統加入配電系統運轉已成為一種符合多方利益之智慧電網發電方式。在沼氣發電國際應用的趨勢上，檢視生質能本身會有自然不易抗拒的能量變動現實，考量小型沼氣發電系統架構面對併網應用可能面臨的議題。本文即在探討國內沼氣發電系統在併網輸出應用的架構與該系統可再優化的空間，以促使其在發電併入電網運轉的穩定性與安全性可以提升，減少系統併網所面臨衝擊並增加應用效益。本文所提方法已使用實作驗證，從測試結果可看出其可行性機會，相關研究成果應具實務應用參考價值。

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