Abstract
一般常見於工業機械所使用之電動機械絕大部分是依著電磁原理將電能經由磁再轉換成機械能的電動馬達，此類電動機的最大問題是其最大效率出現在高轉速低轉矩時，換句話說，於一些需要抵轉速高轉矩的應用場合，如工業機械臂便須利用變速齒輪組間接地降低轉速換取轉矩確犧牲伺服頻寬(Servo Bandwidth)，另一個致命傷是當工業機械臂於進行兼具定位與力量╱力矩控制之應用場合，電動機多必須利用剎車裝置或大電流提供所需之軔度(Stiffness)，絕大部份之能量均消耗成熱能且效能不彰。 有鑑於超音波馬達不同於傳統電磁馬達的特性，具有低轉速高扭矩、切斷電源後即自動停止、及不受磁場及射線場影響等特性，本研究嘗試自行設計組裝一利用超音波馬達直接驅動的三軸旋軸型機械臂，包括：驅動器之製作、機械臂之設計、電腦介面之設計規劃與可燒錄邏輯閘陳列(Complex Programmable Logic Device, CPLD)之晶片設計等，以印證其可行性。 在機械臂的性能測試上，本研究設計了一支適合作直立或水平運動之三軸旋轉型機械臂，並利用強健控制之方法，設計了一個適合三軸致動器的伺服控制器。此控制器是以極點置放的設計觀念為主，並加入對不確定量與線上非線性量的補償，使其能對系統參數鑑別誤差、外界干擾及外加負載參數的變動，作一即時且精確的補償。由實驗結果顯示，本研究所提以超音波馬達直接驅動機械臂在定位及路徑追蹤上都有不錯的響應特性。