在現今的機械產業中，力量控制是一個相當重要的課題，在一般做力量控制的方法不外乎為阻抗控制與使用昂貴之力量感測器，而本文主旨提出了可以減少複雜之數學推導以及價格相當便宜之方法。首先藉由霍爾元件量測機械手臂各軸馬達之感應電流，且利用類比轉數位IC將其訊號回傳至系統晶片以達成此系統架構之閉迴路控制，在藉由反運動學分析、機械手臂終端器之力量與各軸馬達扭力之推導得以完成機械手臂之力量控制。
由於馬達各軸之參數都無法得知，所以本文將採用model-free智慧型控制策略，以傳統PI控制器以及模糊滑動控制器(FSMC)為控制主軸，並以不同力量值(9N,20N)以及不同方向(Y,Z)之實驗，來驗證本文提出之方法的正確性。最後由本文之實驗結果，PI與FSMC控制器均得到不錯之效果，得以進一步驗證了本文提出之方法。

Recent years, force control is a very important issue in industrial robots. Generally, force control can be determined by two methods, first is used impedance control; second is used expensive force sensor. The main idea of this thesis is used Hall sensor to measure each axis motor's current, and use relationship between motor torque and current to do robot end-effector force control. Then derive the Inverse Kinematics and relationship between robot end-effector force and each motor torque to complete the force control.
Because of each axis motor's parameter can not be known, so this thesis will use model-free PI controller and Fuzzy sliding mode controller. We will do many kinds of experiments such as different force value and different force direction. These experiments are used to prove the method that we presented is correct.

【1】 MATTHEW T.MASON, “Compliance and Force Control for Computer controlled Manipulators,” IEEE Transactions on systems, Vol , SMC-11,No.6,June 1981
【2】 G. Ferretti, G. Magnani, and P. Rocco, “Toward the Implementation of Hybrid Position/Force Control in Industrial Robots”,IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 13,No. 6,December 1997
【3】 Neville Hogan, “Impedance Control of Industrial Robots” Robotics & Computer-Integrated Manufacturing, Vol. 1,No. 1,pp.97-113, 1984
【4】 James K. Mills and Andrew A. Goldenberg “Force and Position Control of Manipulators During Constrained Motion Tasks” IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 5. No. 1. February 1989
【5】 Shimoga B. Karunakar and Andrew A. Goldeuberg ,“Contact Stability in Model-Based Force Control Systems of Robot Manipulators” IEEE Int. on Robotics and Automation 1989
【6】 Shozaburo Kasai and Fumitoshi Matsuno ,“Force Control of One-Link Flexible Arms mounted on a linear Motor with PD and Shear Force(PDSF) Feedback” IEEE Electronics Society IECON 2000, Oct 22-28 2000
【7】 Peitao Shi, Min Tan, Xiaojun Ma, “Open Fuzzy Force Controller of Manipulators with Unknown Environment Parameters”, IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, v2 ,p1056-1061 ,2000
【8】 Atsushi Kato and Kouhei Ohnishi, “Robust Force Sensorless Control in Motion Control System”, IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, 2006 ,p 165-170

【9】 Shih-Feng Chen, “The Spatial Conservative Congruence Transformation for Manipulator Stiffness Modeling with Coordinate and Noncoordinate Bases”, Journal of Robotic Systems 22(1),p 31-44, 2005
【10】 http://www.national.com/ds/DC/ADC1205.pdf#page=1
【11】 http://www.national.com/pf/LM/LMD18200.html
【12】 ALTERA, “Altera Embedded Peripherals,” ALTERA Corporation, 2005.
【13】 ALTERA, “Nios II Development Board,” ALTERA Corporation, 2005
【14】 喬執中,”力量控制於機械手臂運動之應用,” 碩士論文,國立中央大學 機械工程研究所, 2001
【15】 J. J. E. Slotine, and W. Li, “Applied nonlinear control,” Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1991.
【16】 S. W. Kim, and J. J. Lee, “Design of a fuzzy controller with fuzzy sliding surface,” Fuzzy Sets and Systems, Vol.71, pp.359-367, 1995.
【17】 R. Palm, “Sliding mode fuzzy control,” IEEE Int. Conference Fuzzy System, San Diego, CA, pp.519-526, Mar. 1992.
【18】 L. X. Wang, “Stable adaptive fuzzy control of nonlinear systems,” IEEE Trans. Fuzzy System, vol.1, pp.146-155, 1993.
【19】 R. Palm, “Robust control by fuzzy sliding mode,” Automatica, Vol.30, No.9, pp.1429-1437, 1994.
【20】 S.C. Lin, and Y.Y. Chen, “Design of adaptive fuzzy sliding mode control for nonlinear system control,” in Proc. 3rd IEEE Conf. Fuzzy Syst., IEEE World congress Computat. Intell., Orlando, FL, Vol.1, pp.35-39, June 1994.
【21】 巫憲欣，以系統晶片發展具機器視覺之機械手臂運動控制，碩士論文，國立台灣科技大學機械工程系，2006
【22】 吳智逸，可規劃系統晶片具立體視覺導引之機械手臂伺服控制，碩士論文，國立台灣科技大學機械工程系2006
【23】 林淑怡，X-Y精密定位平台於彩色濾光片影像對位控制之應用，碩士論文，國立台灣科技大學機械工程系 2005
【24】 蔡金波，機器人於自動化組裝之應用，碩士論文，國立台灣科技大學機械工程研究所，2003
【25】 林志明，應用適應性控制於單軸撓性機械手臂之力量控制，碩士論文，國立台灣科技大學高分子工程系，2006
【26】 王聲榕，力量控制在循跡系統上的應用，博士論文，國立中央大學機械工程研究所，2002
【27】 林欽榮，主控端以力量為指令之機械手臂遠端位置力量控制之研究，碩士論文，國立台灣科技大學自動化及控制研究所，2004
【28】 查厚錦，機器手臂之運動軌跡規劃及力量控制研究，碩士論文，中原大學機械工程學系，2000
【28】 連振勇，無需力量感測器之平面雙機械臂位置與力量控制，碩士論文，國立中興大學機械工程學系，2000
【29】 廖義銘，應用模糊理論於機械手臂混合式位置/力量控制之研究，碩士論文，國立台灣科技大學纖維及高分子工程系，2001
【30】 ALTERA, “Nios II Software Developer’s Handbook,” ALTERA Corporation, 2005.
【31】 CIC, ALTERA Training manual-FPGA Design with Quartus II, 2003.
【32】 最新CMOS IC規格表，全華科技圖書股份有限公司，1995
【33】 Hong Suh, Jong Hyuck Hong , Sang-Rok Oh and Kwang Bae Kim, “Fuzzy Rule Based Position/Force Control of Industrial Manipulators,”,IEEE International Workshop on Intelligent Robots and Systems, Nov. 3-5,1991
【35】 Oussama Khatib and Joel Burdick,”Motion and Force control of Robot Manipulators” IEEE,1986
【36】 黃安橋教授, ”非線性系統上課講義,”國立台灣科技大學機械工程研究所.