實驗室簡介

嵌入式控制系統

利用高速的數位信號處理器（DSP）與FPGA（Field-Programmable Gate Array）建立控制器硬體核心，並發展對應的控制軟體，形成完整的控制器，以達成高性能的光機電整合系統。

機械手臂系統

機械手臂為自製，有別於一般利用傳動皮條帶動，本系統為直接使用馬達對各軸驅動。以 DSP / FPGA 為控制核心，然後藉由實驗方式建立系統模型，進行控制器之設計與實證。以 DSP 為計算核心，再加上自行設計的週邊電路與韌體，形成伺服控制晶片。本系統之硬體架構類似於伺服晶片設計廠商所採用之架構，有助於將此系統之結果移植至特用積體電路（ASIC）中，或作為晶片設計廠商所需之原型機（prototype）。

線性馬達運動平台

包含一線性伺服馬達，並採用美國德州儀器公司(Texas Instruments, TI)生產之TMS320C6713 DSP，搭配實驗室成員所自行研發，具備FPGA等IC之擴充子板，作為控制核心。於FPGA方面，以VHSIC (Very High Speed Integrated Circuit) 硬體描述語言(VHDL)設計編碼器、ADC與DAC等週邊界面電路。在控制法則實現上，透過TI提供的Code Composer Studio (CCS)發展環境，以C/C++撰寫控制器程式並下載到DSP上執行。 

諧波驅動系統（Harmonic drive system）

在許多種齒輪傳動方式中，諧波齒輪（harmonic drive）擁有許多優點，例如減速比高（high gear ratio）、體積小、輸出力矩對重量比高（high torque-to-weight ratio）而且基本上沒有背隙存在（virtually no backlash）。這些特性使得諧波齒輪極適用於精密伺服系統中，例如輕型服務機器人（lightweight service robots）、力迴饋設備（force-feedback haptic devices）、飛機與汽車的steer-by-wire系統等等。在這些力反饋（force-reflection）應用中，人與機器之間的互動極為重要，為了使系統能提供敏銳且安全的動作，我們必須適當地控制接觸力或其相對應於旋轉致動器的輸出力矩，因此含齒輪傳動之致動器必須扮演理想力矩源的角色。但是，由於諧波齒輪具有撓性、磨擦力、與低結構阻尼等特性，使得諧波齒輪的輸入扭力與輸出扭力之間的動態關係極為複雜。本研究系統之目的即是藉由回授諧波驅動器的輸出扭力使得諧波齒輪驅動系統近似於理想的力矩源。為了達到此一目標我們不但必須改善諧波齒輪驅動系統的動態，而且要補償諧波齒輪所導致之力矩漣波。

網路即時控制系統

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一種高效能、低延遲的工業乙太網路通訊技術，廣泛應用於工業自動化、機器人控制、精密運動控制及機電整合系統。相較於傳統乙太網路通訊方式，EtherCAT 採用「飛速處理」（Processing on the Fly）機制，使資料封包在經過各個從站（Slave）時，即可直接讀取輸入資料並寫入輸出資料，無須等待各個節點逐一接收、解碼及重新傳送，因此能有效降低通訊延遲，提升資料傳輸效率與系統即時性。在 EtherCAT 網路即時控制系統中，主站（Master）通常由具備即時運算能力的工業電腦或即時控制器擔任，負責執行控制演算法、規劃運動軌跡、同步傳送控制命令，以及接收各從站回傳的感測器與致動器資料。透過分散式時鐘（Distributed Clocks, DC）機制，各從站能夠實現高精度的時間同步，確保多軸伺服馬達、機器人關節及其他控制設備協同運作。此架構可支援高速週期性資料交換，並將控制迴路、通訊與硬體驅動整合於單一即時控制平台，有助於提升系統的控制精度、響應速度與運作穩定性。因此，EtherCAT 特別適合應用於機械手臂、精密定位平台、半導體製程設備、自動化生產線，以及醫療與手術輔助機器人等對即時性與同步控制具有高度要求的系統。