一、 序論
1.1 研究背景與動機
1.1.1 智慧自動化產業發展的機會與挑戰
近年來由於國際大環境因素劇烈變化，例如: 氣候變遷、全球原物料上漲、科技國 際化、智慧化、匯流整合、人口結構改變、新興國家崛起。台灣物資缺乏，產業問 題也隨著國際大環境必頇大幅調整，例如: 附加價值創造能力低、不利提升所得與 生活品賥、關鍵產品與技術仰賴進口、缺乏品牌與通路。追求規模經濟造成資源耗 用、不利轉型綠色成長、製造業與服務業投資不均、有形與無形資產投資不均、面 對東亞區域整合逐漸成形國際競爭條件惡化。因此，政府按「產業創新條例」的政 策法源，成立跨部會「產業發展綱領」，設定長期願景「經濟部 2020 年產業策略」，
創新經濟，樂活台灣。政策主軸針對三業四化，即，製造業服務化，服務業科技化、
國際化，傳統業特色化。
下圖為智動化服務團組織架構與產業分工圖。[99]
圖 1. 智動化服務團組織架構與產業分工圖
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1.1.2 工業機器人的應用與機電整合發展
智慧型機器人定義為一種多功能的多軸(2~6 軸)全自動或半自動機械裝置，它可透 過程式化動作執行各種生產活動、提供服務或具備與人互動功能，未來將是人類忠 實及
信賴的夥伴。
智慧型機器人的用途:
1. 智慧生活: 益智、娛樂、家庭服務 2. 生產製造:
a) 3C 產業: Computer, Communication, and Consumer,
b) 3K 產業: 3K 為日文發音，髒 (Kitanai)、辛苦(Kitsui)、及危險(Kikem) c) 產業製造: 工具機、射出機
d) 職場服務
3. 醫療照護: 失憶老人監護、園藝、按摩、輔助記憶。
4. 智慧輔助。
下圖為智慧型機器人 [107]。
圖 2. 智慧型機器人 下圖為全球智慧型機器人產業現況[107]。
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圖 3. 全球智慧型機器人產業現況 下圖為台灣的智慧型機器人市場現況[107]:
圖 4. 台灣的智慧型機器人市場現況
下圖為機械人的六軸同動的定義[107]，是仿生學(Biomimicry)的應用。六軸同動技 術需實時(Real-Time)及對時(Synchronous)技術，是自動化產業關鍵技術之一。下圖 為機械人的六軸同動的定義。[107]
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腰
腰(第一軸) 肩
肩(第二軸) 肘(第三軸)
肘 扭(第四軸)
間距(第五軸) 扭
轉動(第六軸)
轉動 間距
圖 5. 機械人的六軸同動的定義
1.2 研究目的
射出機本身就是一多軸同動的機器人，主要用於手機、電視、及汽車的塑膠零組件。
為縮小技術涵蓋範圍，本論文以既有大同的馬達技術做基礎，與樺欽及富強鑫的射 出機做下游及上游 MATLAB 及德州儀器的系統垂直整合。整合關鍵性技術包括最 適化的調機參數、伺服控制技術、高速實時通訊(Real-Time Communication)技術、
用 MATLAB 及 EDA 工具來系統設計及印刷電路板。模擬及製造出具訊號完整性、
電源完整性、及電磁相容 (EMC)的印刷電路板。
節能減碳與環保意識抬頭，節能環保議題受世界各國關注，節能與綠能已成為目前 工業界主要的課題之一，促使射出機產業發展的趨勢產生變化，省能源趨勢使塑膠 射出成型機已由傳統油壓式部分機種逐漸向全電式射出成型機種發展移動。
台灣的工業用運動控制器關鍵零件完全依賴國外進口。主要來源為日本(Fanuc、三 菱、安川)、美國(Honeywell 及 Johnson & Johnson)、德國(西門子及 Keb)、及奧地 利(科霸(Keba))。運動控制主要是用仿生學(Biomimicry)，比如說，模仿手臂三軸(肩、
臂、肘)同動及腦部模糊控制。運動控制的應用領域包括晶圓載入機、外科手術(內 視鏡、腹腔、整形、頭部鑽骨機)等。[1-109]
國內尚無 Fieldbus (EtherCAT，PowerLink，ModBus，SerCos)技術。由於高功率伺
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服馬達及驅動器較伺服閥、比例閥及油壓系統的價格為高，雖然近年伺服組件價格 有些變動但仍然有些差距，所以市場切換程度未如預期快速，因此現階段大部分仍 以潔淨要求較高之製程產線的高值應用為主，隨驅動組件高輸出及價格要求，後續 有擴大應用趨勢。
國內廠商礙於高功率伺服馬達及驅動器技術自給率不足，因此多向國外廠商進口，
製造成本也因而提高，國內廠商目前多有意願發展該技術，若能成功發展射出成型 機的伺服馬達與驅動器技術，短期目標應能搶下國內塑膠射出機設備組件的部分市 場，此外，由於伺服馬達與驅動器技術的應用並非僅限於全電式射出機，在自動化 的趨勢及省能源、高精度的要求下，機械設備／產品改採交流可變速馬達／驅動器 的態勢已漸明顯，其下游關聯產業極為廣泛，根據工研院估計，交流可變速馬達／
驅動器其產業關聯產值高達二仟億元以上。因此，而就長期目標而言，由於未來市 場產值逐漸擴大，應能持續增加伺服馬達及驅動器的銷售額，進而成為拓展事業之 最大利基。射出機之技術包括: 主控端/控制器(Master/Controller)、從動端/驅動器 (Slave/Diver，如變頻器(Inverter))、致動器(Actuator，如馬達)、感測器(如解角器)、
及傳動機構等。
1.3 研究步驟
本文討論射出機的市場及行銷為開端。以伺服馬達關鍵性技術做研發為主軸。射出 機主要控制為運動控制。不論是油壓或全電式射出機，伺服馬達控制在射出機中的 挑戰最大。一般而言，工業馬達需用高功率 0.37KW ~160KW。由於是高功率，為 了節能，就必頇以變頻器(Inverter)伺服控制來取代傳統的耗能馬達。
為使高功率的馬達變頻器達最大穩定性及系統最適化，電力系統及運動方程式，位 置、速度、壓力(扭力)迴授模擬、及實時通訊，都是關鍵技術。MATLAB 系統模擬、
類比電路功能模擬、訊號完整性模擬，及電磁相容性(EMC)模擬扮演就非常重要角 色。
目前已完成第一階段最適化調機參數及伺服馬達控制。第二階段將以 EtherCAT 實 時通訊為主軸。進行高速實時(Real-Time)多軸同動的多伺服馬達控制(低功率及高功 率馬達混合控制)。在 5-micro-second 能執行六顆馬達迴圈及對時同動(Synchronized Clock Real-Time Communication)。
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