臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在研究工業機器人伺服控制器之設計，包括控制系統模擬與設計、伺服控制系統製作，經由所設計之Arduino控制馬達教學平台，使初學機器人的學員能夠由淺入深地瞭解機器人的控制原理，藉此引發學習興趣，以進行機器人科學普及教育。
本論文中先利用簡易實驗法估測直流馬達之數學模型，並根據此模型模擬之參數，再使用Arduino來編寫程式及控制，Arduino為開放式(open source)微電腦控制板以及程式開發工具，因控制板價位便宜，程式設計容易上手，因此廣受世界各地的電子愛好者和互動設計師的喜愛，運用Arduino創造出各種新奇有趣的互動裝置。
此外，本論文還應用木工技術、精密噴漆技術來製作關節工業機器人-STAÜBLI，利用自製的電路板及Arduino的I2C來控制自制的工業機器人，由於需求高扭力的直流馬達定位控制，以驅動各軸動作，因此採用光電編碼器回授元件，採用分散式多微處理機控制架構，減輕主控制器的負擔。

This paper aims to design industrial robot servo controller of research, including the control system simulation and design, servo control system production, control the motor via the Arduino platform designed for teaching, the robot so that students can begin to learn to control the robot's progressive approach to understand principle, whereby the trigger interest in learning to perform robot science popularization education.
This paper first experiment using a simple mathematical model to estimate the direct current motor, and according to the parameters of the model simulation, and then to write the programs and control the use of Arduino, Arduino is an open (open source) microcomputer control panel and program development tools, because Dashboard cheap price, program design easy to use, so popular electronics enthusiasts and interactive designers from around the world love using Arduino create a variety of new and interesting interactive devices.
In addition, this paper also apply woodworking, precision spray technology to produce joint industrial robot STAÜBLI, the use of home-made circuit boards and Arduino I2C-controlled homemade industrial robots, as demand high torque DC motor positioning control, to drive the movement of the axes Therefore the use of optical encoder feedback element, decentralized architecture microprocessor controlled multi alleviate the burden of the host controller.

中文摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文架構 3
第二章 控制系統模擬與設計 4
2.1 直流馬達數學模型 4
2.2 PID控制器 9
2.3 相位領先補償器 12
2.4 相位落後補償器 15
2.5 狀態空間設計法 17
第三章 伺服控制系統之實現 22
3.1 Arduino微電腦板 22
3.2 認識元件 24
3.2.1 IC L298N 24
3.2.2 IC 74HC74N 25
3.2.3 IN4002二極體 26
3.2.4 按鈕開關 27
3.2.5 精密可變電阻 28
3.2.6 EE-SX672光遮斷器 28
3.3 伺服控制系統之設計 29
3.4 伺服控制程式之設計 31
3.4.1 馬達歸零點程式 31
3.4.2 PID控制程式 31
3.4.3 相位領先補償程式 33
3.4.4 狀態回授控制程式 35
第四章 自製關節型工業機器人 37
4.1 關節型工業機器人之設計 38
4.1.1 關節型工業機器人¬─STAÜBLI製作過程 41
4.1.2 軸固定座 60
4.2 I square C介面控制 62
第五章 結論 64
參考文獻 65
附錄 66
附錄A PID控制Arduino程式 66
附錄B 相位領先補償器Arduino程式 69
附錄C 狀態回授控制器Arduino程式 72
附錄D I square C主控端程式 75
附錄E I square C從端程式 78

[1] Mikell P. Groover等著，工業機器人，溫家俊等譯，麥格羅希爾出版，台北市，1995年。
[2] Benjamin C.Kuo著，自動控制系統，黃漢邦譯，東華書局出版，台北市，1997年。
[3] Benjamin C.Kuo等著，自動控制系統，江昭皚等譯，東華書局出版，台北市，2004年。
[4] 鄒應嶼，伺服技術之發展，國立交通大學，2004年。
[5] 劉柄麟，蔡春益，自動控制，三版，全華圖書出版，2010年。
[6] 李宜達，控制系統設計與模擬，八版，全華圖書出版，2011年。
[7] 潘同泰，邱嘉宏，應用於文化創意之機器人設計，臺北城市科技大學機電整合研究所，2012年。
[8] 魏朝鵬，李卓翰，高等機器人教具設計，臺北城市科技大學機電整合研究所，2012年。
[9] 蔡瑞昌等著，自動控制，六版，全華圖書出版，2013年。
[10] 趙英傑，Arduino互動設計入門，二版，旗標出版，2014年。