Abstract
傳統平衡連桿機構的方法，大都使用大量的配重而增加了機構的重量，以及所需裝置的空間，並增加了接頭力 (joint- forces) 以及輸入扭矩，造成機構壽命的減少與元件磨耗的增加，對於有外力存在的機構而言，傳統的平衡方式幾乎無法提供適合的解決途徑。以設計的觀點來考慮使用傳統平衡方法的連桿組系統：各連桿機構平衡後的剩餘不平衡量(residual - unbalance)會使總體連桿組剩餘不平衡量發生累積，而造成整體機構系統亦不平衡；同時各連桿機構平衡上的考慮，亦會成為機械系統設計上的負擔。有鑒於此本文提出一套合適的平衡方法，即利用致動器(actuator)與感測器(sensor)的組合，運用控制技術來達到不平衡量的主動消除 (counterbalnce)，稱之為「主動式平衡」(active balancing)。主動式平衡具有下列優點：(1)接頭力與輸入扭矩減少；(2)對外力因素改變具適應性；(3)能量與質量的限制條件變為系統設計的參數；(4)剩餘不平衡量累積不再發生；(5) 大大減少機器系統設計過程中對平衡的考慮。由於實驗上的考慮，而同時又為了不失其普遍性與共通性(generality)，本文實驗使用之連桿機構為一平面四連桿，而搖振力矩平衡是藉由主動平衡達成，搖振力平衡則藉由質量的重分配法(massredistribution) 來完成。控制方法則採回授控制(feedback control)與開回路控制 (open-loop control)兩種方法。而致動器是由一伺服馬達帶動一平衡轉輪 (balancing disc)來構成。同時在力矩量測上本文首先使用了定點力的量測方法，大大減少力矩的量測成本與裝置空間；並且本文亦首先提出馬達系統規格與平衡轉輪轉動慣量之依存關係。另外對於控制回路設計亦提出了所謂「限速回路」 (speed-limit loop)的觀念，其應用在於避免馬達在控制過程中失速。以上之結果在文中有詳細的理論分析與實驗驗證。再則，在開回路控制的運用上，為了對付系統的線性非確定因素 (uncertainty) ，本文提出了一個重要的控制方法，即「周期性穩態誤差修正開回路控制方法」 (open-loop control with periodicsteady-state error correction) ，在文中亦將有詳細的說明 。本文之實驗建構可視為主動平衡機的雛型 (prototype)，對連桿機構或機械系統的平衡提供一個嶄新而有效的設計方法。