Abstract
近年來由於數位電路技術日益進步且操作介面趨向簡單、方便，促使積體電路之研發極為迅速，市面上已有許多可程式邏輯元件，可提供使用者簡易且迅速地利用，並能直接進行數位電路之設計與驗證。有鑑於此，本文藉由複雜型邏輯元件(Complex Programmable Logic Devices，CPLD )的數位電路設計，將三軸機械臂之強健控制法則與訊號級部份等以硬體描述語言完成，並同置於一晶片內。 因超音波馬達具備低轉速高扭矩、切斷電源後即自動停止及不產生磁場影響其他設備等特性，故本文嘗試以超音波馬達作為三軸水平式機械臂之致動器，再配合超音波馬達驅動電路、電腦介面之規劃與CPLD晶片之數位電路設計等，實機測試與驗證將CPLD運用於控制超音波馬達驅動機械臂之可行性。本文採用日本新生工業所製造的USR60系列之超音波馬達，並以文獻[4]所設計之機械臂作為實驗平台，再搭配美商ALTERA公司所生產的FLEX 10K系列之晶片，構成主要的硬體設備。而機械臂之控制軟體程式則以C語言完成，並以軟體MAXPLUS II的硬體描述語言作為數位電路設計的工具。 實驗方面包括單軸的機械臂步階定位控制、速度曲線追蹤測試，到三軸機械臂同動的圓形路徑追蹤，藉以測試超音波馬達應用於機械臂之控制性能並驗證CPLD之數位電路設計。在圓形路徑追蹤實驗中並加入交叉耦合控制器，補償輪廓誤差，以提高追蹤性能。由實驗結果顯示，CPLD的硬體電路設計確能依照我們所期待的在機械臂定位與追蹤測試皆有良好的表現。