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TWI712471B - 機械手臂系統及機械手臂控制方法 - Google Patents

機械手臂系統及機械手臂控制方法 Download PDF

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TWI712471B
TWI712471B TW108144001A TW108144001A TWI712471B TW I712471 B TWI712471 B TW I712471B TW 108144001 A TW108144001 A TW 108144001A TW 108144001 A TW108144001 A TW 108144001A TW I712471 B TWI712471 B TW I712471B
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TW
Taiwan
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torque
control unit
rigid mechanical
rotation angle
rigid
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Application number
TW108144001A
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English (en)
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TW202122226A (zh
Inventor
蔡清雄
鄭銘揚
許忠湛
陳家慧
黃浩倫
趙冠舜
Original Assignee
台達電子工業股份有限公司
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Publication date
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Publication of TW202122226A publication Critical patent/TW202122226A/zh

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Abstract

一種機械手臂系統包括至少二手臂軸、至少二控制裝置及至少二馬達裝置。每一控制裝置包括第一控制單元、機械手臂控制單元及驅動單元。第一控制單元接收末端位置命令以輸出第一轉矩訊號。機械手臂控制單元包括剛性機械單元及模型機械單元。剛性機械單元接收第一轉矩訊號以取得剛性機械轉矩。模型機械單元接收剛性機械轉矩並運行撓性機械模型以建立機械手臂模型以取得目標轉矩，並且依據目標轉矩輸出目標位置訊號。驅動單元依據目標位置訊號產生驅動訊號以調整所對應的馬達裝置之旋轉角度。

Description

機械手臂系統及機械手臂控制方法
本發明是有關於一種機械式手臂系統，特別是有關於具有分散式控制系統的機械式手臂系統及其控制方法。
隨著機械式手臂系統的技術發展，機械式手臂系統已經廣泛地運用於工業界及製造業等。為了應付未來工業4.0的需求，機械式手臂系統的精準度及運用範圍等需求也逐漸地提高。
然而，目前的機械式手臂系統過度仰賴中央處理系統(例如：中央處理單元或中央控制單元等)執行各種運算。隨者製造業的需求提高，所以目前的機械式手臂系統都具有多個手臂軸的設計。由於具有多個手臂軸的機械式手臂系統的每一個手臂軸的運算不盡相同，所以機械式手臂系統的中央處理系統負擔的運算量將越來越重，以致於中央處理系統可能因運算量過大而無法負擔。
另外，目前的機械式手臂系統的每一手臂軸都具有處理器(或控制單元、控制晶片、其他控制裝置)等。由於中央處理系統負責大部分機械式手臂系統的運算，所以每一手臂軸中的處理器常常處於閒置狀態。如此一來，目前的機械式手臂系統之控制方法容易造成硬體資源的浪費及成本提高。此外，由於中央處理系統負責大部分機械式手臂系統的運算，所以中央處理系統也難以額外負責其他功能。也就是說，目前的機械式手臂系統之架構難以進行更廣泛的應用及設計。
有鑑於此，本發明提出一種具有分散式控制系統的機械式手臂系統。透過每一個手臂軸的控制裝置進行獨立地計算各軸之運算，減輕中央處理系統的運算負擔。如此一來，本發明的機械式手臂系統可以最大化地利用硬體資源、減輕成本及增加應用的範圍。
一種機械手臂系統包括至少二手臂軸、至少二控制裝置及至少二馬達裝置，其中該等控制裝置分別控制所對應的該等馬達裝置以分別調整所對應的該等手臂軸之位置。其中每一該等控制裝置包括：第一控制單元、機械手臂控制單元、驅動單元及量測處理單元。第一控制單元接收末端位置命令以輸出第一轉矩訊號。機械手臂控制單元包括剛性機械單元及模型機械單元。剛性機械單元接收第一轉矩訊號並運行剛性機械模型以取得剛性機械轉矩。模型機械單元接收剛性機械轉矩並運行撓性機械模型以建立機械手臂模型以取得目標轉矩，並且依據目標轉矩輸出目標位置訊號。驅動單元依據該目標位置訊號產生驅動訊號以調整所對應的馬達裝置之旋轉角度。量測處理單元用以量測所對應的馬達裝置之旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度。其中至少二控制裝置之一者的機械手臂控制單元中的剛性機械單元接收至少二控制裝置的其他者所對應的該些馬達裝置之旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度，以調整剛性機械模型以改變剛性機械轉矩。
一種機械手臂系統包括一手臂軸、耦接於該手臂軸之一馬達裝置及耦接於該馬達裝置之一控制裝置。該控制裝置包括：第一控制單元、機械手臂控制單元、驅動單元及量測處理單元。第一控制單元接收末端位置命令訊號以輸出第一轉矩訊號。機械手臂控制單元包括剛性機械單元及模型機械單元。剛性機械單元接收第一轉矩訊號並運行剛性機械模型以取得剛性機械轉矩。模型機械單元接收剛性機械轉矩並運行撓性機械模型以建立機械手臂模型以取得目標轉矩，並且依據該目標轉矩輸出目標位置訊號。驅動單元依據目標位置訊號產生驅動訊號以調整馬達裝置之旋轉角度。量測處理單元用以量測馬達裝置以輸出馬達裝置之運動參數，其中運動參數包括旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度。剛性機械單元接收馬達裝置之運動參數以調整剛性機械模型以改變剛性機械轉矩。
一種機械手臂控制方法由機械手臂系統所執行。機械手臂系統包括至少二手臂軸、至少二控制裝置及至少二馬達裝置。該等控制裝置分別控制所對應的該等馬達裝置以分別調整所對應的該等手臂軸之位置。其中每一該等控制裝置執行該機械手臂控制方法包括以下步驟：接收末端位置命令訊號以輸出第一轉矩訊號。接收第一轉矩訊號並運行剛性機械模型以取得剛性機械轉矩。接收剛性機械轉矩並運行撓性機械模型以建立機械手臂模型以取得目標轉矩。依據目標轉矩輸出目標位置訊號。依據目標位置訊號產生驅動訊號以調整所對應的馬達裝置之旋轉角度。量測所對應的該馬達裝置之旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度。其中至少二控制裝置之一者接收至少二控制裝置的其他者所對應的該些馬達裝置之旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度，以調整剛性機械模型以改變剛性機械轉矩。
參考附圖來描述本發明，其中在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相似或等效的元件。附圖不是按比例繪製的，而是僅用於說明本發明。本發明的幾個形態如下描述，並參考示例應用作為說明。應該理解的是，闡述了許多具體細節、關係和方法以提供對本發明的全面了解。然而，相關領域的普通技術人員將容易認識到，本發明可以被實行即便在沒有一個或多個具體細節的情況下或沒有利用其他方法來實施本發明。在其他情況下，未詳細示出習知的結構或操作以避免模糊本發明。本發明不受所示的行為或事件的順序所限制，因為一些行為可能以不同的順序發生和/或與其他行為或事件同時發生。此外，並非所有說明的行為或事件都需要根據本發明的方法來實施。
以下說明是本發明的實施例。其目的是要舉例說明本發明的一般性的原則，不應視為本發明之限制，本發明之範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
第1圖所示為根據習知技術之一實施例的機械手臂系統400之架構圖。如第1圖所示，在傳統的機械手臂系統400中，當中央控制單元接收運動控制命令C1時，中央控制單元400a依據運動控制命令C1進行每一個手臂軸運動的計算，並且輸出每一手臂軸之轉矩命令C2給手臂軸之控制裝置400b。在手臂軸之控制裝置400b中至包括多個手臂控制裝置，例如：第一至第三手臂控制裝置401b~403b。第一至第三手臂控制裝置401b~403b根據每一手臂軸之轉矩命令C2輸出每一手臂軸之馬達電流命令C3，以驅動每一手臂軸之馬達裝置。然後，手臂軸之控制裝置400b偵測每一手臂軸之運動狀態。中央控制單元400a透過手臂軸之控制裝置400b接收每一個手臂軸之運動狀態C4。由此可知，傳統的機械手臂系統400主要由中央控制單元400a負擔每一個手臂軸的運算。
傳統的機械手臂系統400明顯地沒有善用每一個手臂軸之控制裝置400b的硬體資源。另外，由於現在市場上的需求多樣化，機械手臂系統的手臂軸數量需要更有彈性的調整。然而，因為傳統的機械手臂系統400的中央控制單元400a的硬體資源有限，所以無法讓傳統的機械手臂系統400能夠被更有彈性地設計。另外，如第1圖所示，由於轉矩命令C2及手臂軸之運動狀態C4之傳送路徑繁複且冗長，所以容易造成資料的延遲。因此，中央控制單元的計算結果難以即時反映機械手臂系統的實際運動狀態。
此外，傳統的機械手臂系統400之控制方法也較不適用於具有撓性的機械手臂。具有撓性的機械手臂在移動的過程中，機械手臂之末端位置會產生震盪現象。傳統的機械手臂系統400由於資料延遲之故，難以反應高頻率手臂軸之末端位置之震盪現象，所以傳統的機械手臂系統400的精準度難以提升。
第2圖所示為根據本發明之一實施例的機械手臂系統500之架構圖。如第2圖所示，機械手臂系統500包括至少二手臂軸(300a及300b)、至少二控制裝置(100a及100b)及至少二馬達裝置(200a及200b)。其中，該等控制裝置分別控制所對應的該等馬達裝置以分別調整所對應的該等手臂軸之位置。也就是說，於此實施例中，控制裝置100a控制馬達裝置200a，以調整手臂軸300a的位置。控制裝置100b控制馬達裝置200b，以調整手臂軸300b的位置。特別注意的是，在此實施例中，第2圖所繪示的手臂軸、控制裝置及馬達裝置之數量僅用於說明本發明，但本發明不限於此。
機械手臂系統500中的每一個控制裝置(100a及100b)包括：第一控制單元(120a或120b)、機械手臂控制單元(130a或130b)、驅動單元(180a或180b)及量測處理單元(190a或190b)。於此實施例中，控制裝置100a包括：第一控制單元120a、機械手臂控制單元130a、驅動單元180a及量測處理單元190a，並且機械手臂控制單元130a還包括剛性機械單元140a及模型機械單元160a。控制裝置100b包括：第一控制單元120b、機械手臂控制單元130b、驅動單元180b及量測處理單元190b，並且機械手臂控制單元130b還包括剛性機械單元140b及模型機械單元160b。以下將詳述機械手臂系統500的操作方法。
於此實施例中，由於控制裝置100a及100b之架構及操作方法相同，因此本發明僅說明控制裝置100a的操作方法，並且不另外贅述控制裝置100b的操作方法。
在第2圖中，當控制裝置100a中的第一控制單元120a接收末端位置命令S1a以輸出第一轉矩訊號τ1。其中，本領域之普通技術人員可以了解第一控制單元120a具有速度控制器(未圖示)及位置控制器(未圖示)等。因此，第一控制單元120a可以依據末端位置命令S1a取得目標旋轉角度，並且透過速度控制器及位置控制器，分別計算出目標旋轉加速度及目標旋轉速度。也就是說，於一些實施例中，第一控制單元120a輸出的第一轉矩訊號τ1包括目標旋轉角度、目標旋轉速度及目標旋轉加速度。由於本領域之普通技術人員可以了解第一控制單元120a的操作原理，故本發明不再贅述。
機械手臂控制單元130a中的剛性機械單元140a具有一剛性機械方程式。當剛性機械單元140a接收來自第一控制單元120a的第一轉矩訊號τ1時，剛性機械單元140a會依據第一轉矩訊號τ1的目標旋轉角度、目標旋轉速度及目標旋轉加速度運行剛性機械方程式以建立剛性機械模型。剛性機械單元140a完成剛性機械模型之後，剛性機械單元140a依據剛性機械模型計算出剛性機械轉矩τ2，並且傳送剛性機械轉矩τ2至機械手臂控制單元130a中的模型機械單元160a。
模型機械單元160a接收剛性機械轉矩τ2(及/或其他馬達裝置，例如：馬達裝置200b，的旋轉角度及旋轉速度)，並且運行撓性機械方程式以建立機械手臂模型。模型機械單元160a完成機械手臂模型之後，模型機械單元160a依據機械手臂模型計算出目標轉矩。然後，模型機械單元160a依據目標轉矩輸出目標位置訊號S2給驅動單元180a。驅動單元180a依據目標位置訊號S2輸出驅動訊號S3給對應於控制裝置100a的馬達裝置200a，以調整馬達裝置200a之旋轉角度以改變對應於控制裝置100a的手臂軸300a之位置。
當驅動單元180a依據目標位置訊號S2調整馬達裝置200a之旋轉角度時，控制裝置100a中的量測處理單元190a會量測與計算馬達裝置200a的運動參數，包括旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
。於此實施例中，量測處理單元190a具有速度控制器(未圖示)及位置控制器(未圖示)。因此，量測處理單元190a量測馬達裝置200a的旋轉角度
Figure 02_image001
，並依據旋轉角度
Figure 02_image001
使用位置控制器及速度控制器分別計算出馬達裝置200a的旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
。量測處理單元190a將馬達裝置200a的運動參數(旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
)傳送給剛性機械單元140a。另外，量測處理單元190a輸出馬達裝置200a的運動參數(旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
)給機械手臂系統500中的其他控制裝置，例如：控制裝置100b中的剛性機械單元140b。
特別注意的是，於此實施例中，由於本發明僅繪示控制裝置100a及100b作為範例，所以量測處理單元190a輸出旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
給控制裝置100b中的剛性機械單元140b，並且量測處理單元190b輸出旋轉角度
Figure 02_image003
、旋轉速度
Figure 02_image007
及旋轉加速度
Figure 02_image011
給控制裝置100a中的剛性機械單元140a。但是本發明不限於此。在其他一些實施例中，當機械手臂系統具有多個控制裝置(或至少二控制裝置)以控制多個馬達裝置(或至少二馬達裝置)以調整多個手臂軸(或至少二手臂軸)之位置時，多個控制裝置之一者量測的旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度，會傳送至其他控制裝置之剛性機械單元。也就是說，多個控制裝置之一者之剛性機械單元會接收來自其他控制裝置量測的旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度。
於此實施例中，剛性機械單元140a接收馬達裝置200a的運動參數(旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
)及馬達裝置200b的運動參數(旋轉角度
Figure 02_image003
、旋轉速度
Figure 02_image007
及旋轉加速度
Figure 02_image011
)之後，剛性機械單元140a依據馬達裝置200a及200b的運動參數運行剛性機械方程式以調整剛性機械模型，並且改變剛性機械轉矩τ2給模型機械單元160a。模型機械單元160a則會依據已改變的剛性機械轉矩τ2調整機械手臂模型以改變目標轉矩與目標位置。
此時，模型機械單元160a依據已改變的目標轉矩輸出第一回授訊號S4給第一控制單元120a。當第一控制單元120a判斷末端位置命令S1a及第一回授訊號S4之相差沒有落入第一誤差範圍時，第一控制單元120a調整第一轉矩訊號τ1的大小給剛性機械單元140a。在一些實施例中，第一誤差範圍介於0~5%。
剛性機械單元140a根據已調整的第一轉矩訊號τ1重新運行剛性機械方程式以調整剛性機械模型，使得剛性機械轉矩τ2被改變。在一些實施例中，當第一控制單元120a依據第一誤差範圍改變第一轉矩訊號τ1給剛性機械單元140a時，剛性機械單元140a依據已調整的第一轉矩訊號τ1中的目標旋轉角度、目標旋轉速度及目標旋轉加速度運行剛性機械方程式以改變剛性機械轉矩τ2。
模型機械單元160a再依據被改變的剛性機械轉矩τ2輸出目標位置訊號S2給驅動單元180a以調整馬達裝置200a之旋轉角度。然後量測處理單元190a再量測馬達裝置200a之運動參數(旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
)，並且重複前面所述之操作方法。
於一些實施例中，本發明所提的剛性機械單元(140a、140b)及模型機械單元(160a、160b)分別可以是具有運算功能的組件，例如：中央處理單元(CPU)、控制器、處理器、控制晶片等，但本發明不限於此。在其他一些實施例中，機械手臂控制單元(130a、130b)可以是具有運算功能的組件，例如：中央處理單元(CPU)、控制器、處理器、控制晶片等，並且剛性機械單元(140a、140b)及模型機械單元(160a、160b)可以是設置於機械手臂控制單元(130a、130b)中的韌體或軟體，但本發明不限於此。
由此可知，在本發明中，機械手臂系統500中的機械手臂控制單元130a及130b扮演核心的角色。以下將詳述機械手臂控制單元130a及130b的操作原理及方法。
第3圖所示為根據本發明之一實施例之機械手臂系統500中之機械手臂控制單元130a之架構圖。在本發明中，由於機械手臂控制單元130a及130b之操作方法及原理相同，因此本發明僅說明機械手臂控制單元130a的操作原理，並且不另外贅述機械手臂控制單元130b。以下請同時參照第2圖及第3圖，以說明本發明的實施例。
在機械手臂控制單元130a中，當剛性機械單元140a接收來自第一控制單元120a的第一轉矩訊號τ1時，剛性機械單元140a會依據第一轉矩訊號τ1的目標旋轉角度、目標旋轉速度及目標旋轉加速度運行剛性機械方程式以建立剛性機械模型。其中剛性機械方程式如下計算式(1)所示：
Figure 02_image013
(1)。
在計算式(1)中，其中M、C、G及F皆為矩陣。矩陣M(
Figure 02_image015
) n×n包括以下元素：旋轉角度(
Figure 02_image015
)，並且矩陣M(
Figure 02_image015
) n×n為n行及n列的矩陣，並且矩陣M(
Figure 02_image015
) n×n與旋轉加速度(
Figure 02_image017
)相乘之結果可以代表手臂軸的慣性力。矩陣C(
Figure 02_image015
,
Figure 02_image019
) n×1包括以下元素：旋轉角度(
Figure 02_image015
)及旋轉速度(
Figure 02_image019
)，並且矩陣C(
Figure 02_image015
,
Figure 02_image019
) n×1為n行及1列的矩陣，並且矩陣C(
Figure 02_image015
,
Figure 02_image019
) n×1可以代表手臂軸的科氏力(或向心力)。矩陣G(
Figure 02_image015
) n×1包括以下元素：旋轉角度(
Figure 02_image015
)參數，並且矩陣G(
Figure 02_image015
) n×1為n行及1列的矩陣，並且矩陣G(
Figure 02_image015
) n×1可以代表手臂軸的重力。矩陣F(
Figure 02_image019
) n×1包括以下元素：旋轉速度(
Figure 02_image019
)參數，並且矩陣F(
Figure 02_image019
) n×1為n行及1列的矩陣，並且矩陣F(
Figure 02_image019
) n×1可以代表手臂軸的動摩擦力。然後，依據前面所述，剛性機械單元140a對手臂軸的慣性力、手臂軸的科氏力(或向心力)、手臂軸的重力及手臂軸的動摩擦力進行相加以建立剛性機械模型。剛性機械單元140a對手臂軸的慣性力、手臂軸的科氏力(或向心力)、手臂軸的重力及手臂軸的動摩擦力進行相加以取得一總和，並且該總和作為剛性機械轉矩之大小。在一些實施例中，傳統的機械手臂系統可以藉由DH參數法取得轉換矩陣。然後，對轉換矩陣進行微分後，執行Lagrage-Euler方程式的推導以取得計算式(1)中的矩陣M、C、G及F。其中。於一些實施例中，馬達裝置的多個動力參數包括：慣性力(矩陣M)、科氏立與向心力(矩陣C)、重力(矩陣G)及動摩擦力(矩陣F)，但本發明不限於此。由於本領域之普通技術人員可以透過上述的方法取得計算式(1)中的矩陣M、C、G及F，故本發明不再重複敘述。
在第3圖中，剛性機械單元140a首先將第一轉矩訊號τ1的目標旋轉角度、目標旋轉速度及目標旋轉加速度代入剛性機械方程式(如計算式(1)所示)，以取得剛性機械模型，而後取得剛性機械轉矩τ2。
於一些實施例中，當剛性機械單元140a初次接收第一轉矩訊號τ1時，量測處理單元190a還沒有輸出馬達裝置200a的運動參數(旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
)，並且量測處理單元190b還沒有輸出馬達裝置200b的運動參數(旋轉角度
Figure 02_image003
、旋轉速度
Figure 02_image007
及旋轉加速度
Figure 02_image011
)。此時，剛性機械單元140a依據第一轉矩訊號τ1中的目標旋轉角度、目標旋轉速度及目標旋轉加速度，根據剛性機械方程式(如計算式(1)所示)以取得矩陣M、C、G及F，並且使用矩陣M、C、G及F定義或建立剛性機械模型，並且使用剛性機械模型以取得剛性機械轉矩τ2。也就是說，當剛性機械單元140a初次接收第一轉矩訊號τ1時，剛性機械單元140a中的參數
Figure 02_image021
及
Figure 02_image009
分別為第一轉矩訊號τ1的目標旋轉角度、目標旋轉速度及目標旋轉加速度，並且參數
Figure 02_image023
及
Figure 02_image011
為零。在其他一些實施例，由於馬達裝置200b的位置與起始位置之間有偏移，使得馬達裝置200b的起始的旋轉角度
Figure 02_image003
不為零。
模型機械單元160a接收剛性機械轉矩τ2以輸出目標位置訊號S2給驅動單元180a，使得馬達裝置200a及200b開始旋轉。當馬達裝置200a及200b開始旋轉時，量測處理裝置190a及190b開始輸出馬達裝置200a及200b的運動參數。
由於本發明的機械手臂系統500具有至少兩個手臂軸(例如：300a及300b)，所以機械手臂控制單元130a除了計算馬達裝置200a之運動參數，還需要同時計算馬達裝置200b之運動參數(旋轉角度
Figure 02_image003
、旋轉速度
Figure 02_image007
、旋轉加速度
Figure 02_image011
)。也就是說，在計算式(1)中，矩陣M、C、G及F中需要加入馬達裝置200a及馬達裝置200b之運動參數。
因此，在第3圖中，矩陣M 11(
Figure 02_image001
,
Figure 02_image003
, I 1 , I 2 )代表為馬達裝置200a的第一慣性力，並且 I 1 及 I 2 分別為馬達裝置200a的慣性常數及馬達裝置200b的慣性常數，並且
Figure 02_image001
及
Figure 02_image003
分別為馬達裝置200a之旋轉角度及馬達裝置200b之旋轉角度。矩陣M 12(
Figure 02_image001
,
Figure 02_image003
, I 2 )
Figure 02_image025
代表為馬達裝置200a對應馬達裝置200b的第二慣性力，並且
Figure 02_image011
為馬達裝置200b旋轉加速度
Figure 02_image011
。矩陣C 1(
Figure 02_image001
,
Figure 02_image003
,
Figure 02_image027
I 1 , I 2 )代表為馬達裝置200a的科氏力(或向心力)。矩陣G 1(
Figure 02_image001
,
Figure 02_image003
,
Figure 02_image029
I 1 , I 2 )代表為馬達裝置200a所承受手臂軸300a的重力。矩陣F 1(
Figure 02_image005
)代表為馬達裝置200a的動摩擦力。
於此實施例中，馬達裝置200a的慣性常數 I 1 及馬達裝置200b的慣性常數 I 2 ，分別是馬達裝置200a及馬達裝置200b的轉動慣量(或稱慣性力矩)。本領域之普通技術人員可以了解：依據手臂軸的質量及質心位置及馬達裝置的質量及轉軸之位置，可以計算出馬達裝置的慣性常數 I 1 及慣性常數 I 2 。由於手臂軸的質量及質心位置及馬達裝置的質量及轉軸之位置為固定，所以慣性常數 I 1 及慣性常數 I 2 為定值。於此實施例中，慣性常數 I 1 及慣性常數 I 2 的大小可以直接設置於剛性機械單元140a中的剛性機械方程式(計算式(1))。
然後，根據計算式(1)，剛性機械單元140a將第一慣性力(矩陣M 11*
Figure 02_image009
)、第二慣性力(矩陣M 12*
Figure 02_image011
)、科氏力(矩陣C 1)、重力(矩陣G 1)及動摩擦力(矩陣F 1)彼此相加以建立剛性機械模型，並且取得一總和以作為剛性機械轉矩τ2。剛性機械單元140a傳送剛性機械轉矩τ2給模型機械單元160a。
在一實施例中，模型機械單元160a包括撓性機械模型及機械手臂模型，其中模型機械單元160a建立撓性機械模型及機械手臂模型的方法詳述如下。在模型機械單元160a中，當模型機械單元160a接收來自剛性機械單元140a的剛性機械轉矩τ2時，模型機械單元160a透過撓性機械方程式以取得撓性機械轉矩。其中撓性機械方程式如下計算式(2)所示：
Figure 02_image031
(2)。 本領域之普通技術人員可依據文獻1(C. Sun, W. He, and J. Hong, “Neural Network Control of a Flexible Robotic Manipulator Using the Lumped Spring-Mass Model,” IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics)，進行運算以取得計算式(2)。
在計算式(2)中，ξ代表為手臂軸(300a或300b)的末端位置的偏移角度，並且
Figure 02_image033
代表為手臂軸(300a或300b)的末端位置的偏移速度。D nxn(
Figure 02_image033
)為阻尼作用力，以及K nxn(ξ)為彈簧作用力。模型機械單元160a依據撓性機械方程式(計算式(2))計算出撓性機械轉矩，並依據撓性機械方程式建立撓性機械模型。在建立撓性機械模型之後，模型機械單元160a將剛性機械方程式(如計算式(1))及撓性機械方程式(如計算式(2))相加以建立機械手臂模型，並且模型機械單元160a將上述之剛性機械轉矩及撓性機械轉矩之總和做為目標轉矩。也就是說，目標轉矩為計算式(1)及計算式(2)之總和，如下計算式(3)所示：
Figure 02_image035
(3)。
於此實施例中，模型機械單元160a可依據計算式(3)建立機械手臂模型。然後，模型機械單元160a可以將計算式(3)進行移項及積分，即可以取得計算式(4)如下：
Figure 02_image037
(4)。
接者，對計算式(4)進行積分即可以取得計算式(5)，並且對計算式(5)進行積分即可以取得計算式(6)。
Figure 02_image039
(5)
Figure 02_image040
(6)。
當剛性機械單元140a依據第一轉矩訊號τ1輸出剛性機械轉矩τ2時，模型機械單元160a可以透過計算式(6)由目標轉矩取得目標位置，並輸出目標位置訊號S2給驅動單元180a。
另外，透過計算式(3)~(6)，機械手臂控制單元130a依據馬達裝置200a及200b之運動參數計算出手臂軸300a之位置(或馬達裝置200a的旋轉角度)。然後，模型機械單元160a依據手臂軸300a之位置(或馬達裝置200a的旋轉角度)輸出第一回授訊號S4給第一控制單元120a。也就是說，剛性機械單元140a接收馬達裝置200a及200b的運動參數後，運行計算式(1)並輸出剛性機械轉矩τ2給模型機械單元160a。模型機械單元160a接收剛性機械轉矩τ2後，運行計算式(3)~(6)取得手臂軸300a之位置(或馬達裝置200a的旋轉角度)。然後，模型機械單元160a依據手臂軸300a之位置輸出第一回授訊號S4給第一控制單元120a。
當第一控制單元120a判斷末端位置命令S1a及第一回授訊號S4之相差沒有落入第一誤差範圍Δθ時，第一控制單元120a調整第一轉矩訊號τ1的大小給剛性機械單元140a。此時，剛性機械單元140a重複執行上述之操作方法。
第4圖所示為根據本發明之其他一些實施例之機械手臂系統600之架構圖。於此實施例中，由於量測處理單元190a及190b分別被設置於馬達裝置200a及200b中，故沒有繪示於第4圖中。另外，第4圖中，馬達裝置200b被設置為控制機械手臂系統600之手臂軸300b，並且手臂軸300b位於機械手臂系統600的末端位置。在實際應用中，由於手臂軸300b位於機械手臂系統600的末端位置，所以手臂軸300b都會被安裝末端效應器(end effector)，例如：機械夾爪等。於此實施例中，第一控制單元(120a及120b)、剛性機械單元140a、模型機械單元(160a及160b)之操作原理及方法，已詳述於前，故不在此贅述。
於此實施例中，由於馬達裝置200b用於控制位於機械手臂系統600之末端位置之手臂軸300b，所以馬達裝置200b的控制可部分忽略馬達裝置200a及手臂軸300a的運動參數。因此剛性機械單元140b中的剛性機械方程式中之部分矩陣不同於剛性機械單元140a。
承上所述，剛性機械單元140b中的第一慣性力(矩陣M 22)及重力(矩陣G 2)可以不受手臂軸300a的影響。因此，如第4圖所示，矩陣M 22具有以下參數：馬達裝置200b旋轉角度
Figure 02_image003
及馬達裝置200b的慣性常數 I 2 。矩陣G 2具有以下參數：馬達裝置200b旋轉角度
Figure 02_image003
及馬達裝置200b的慣性常數 I 2 。
另外，在剛性機械單元140b中，矩陣M 21(
Figure 02_image001
,
Figure 02_image003
, I 2 )
Figure 02_image042
代表為手臂軸300b對應手臂軸300a的第二慣性力，其中
Figure 02_image009
為馬達裝置200a旋轉加速度。
於此實施例中，剛性機械單元140a及剛性機械單元140b中的科氏力(矩陣C1及C2)參考的參數相同，包括旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
、旋轉角度
Figure 02_image003
、旋轉速度
Figure 02_image007
、馬達裝置200a的慣性常數 I 1 (代表為手臂軸300a的慣性常數)及馬達裝置200b的慣性常數 I 2 (代表為手臂軸300b的慣性常數)。矩陣F 1(
Figure 02_image007
)代表為手臂軸300a的動摩擦力，矩陣F 1(
Figure 02_image007
)中的
Figure 02_image007
為馬達裝置200b之旋轉速度。
於此實施例中，驅動單元180a及180b也具有回授控制系統。由於驅動單元180a及180b之控制方法相同，所以本發明謹說明驅動單元180a之操作方法。
驅動單元180a包括第二控制單元182a及驅動電路184a。第二控制單元182a耦接目標位置訊號S2及剛性機械轉矩τ2以輸出第二轉矩訊號τ3給驅動電路184a。驅動電路184a依據第二轉矩訊號τ3輸出驅動訊號S3。
當該第二控制單元182a判斷目標位置訊號S2與馬達裝置200a的旋轉角度
Figure 02_image001
之相差沒有落入第二誤差範圍時，第二控制單元182a調整第二轉矩訊號τ3之大小。在一些實施例中，第二誤差範圍介於0~5%。
第5圖所示為根據本發明之其他一些實施例的機械手臂系統800之架構圖。在此實施例中，機械手臂系統800包括單一手臂軸300a、耦接於手臂軸300a之馬達裝置200a及耦接於該馬達裝置200a之控制裝置700。在此實施例中，控制裝置700之架構及操作方法相同於第2圖所示的控制裝置100a及100b，故不再此贅述。在各個實施例中，量測處理單元190a可以設置於控制裝置700中，或是控制裝置700之外，但本發明不限於此。
另外，相同於第3圖所示的控制裝置100a，控制裝置700中的剛性機械單元740同樣具有剛性機械方程式。然而，由於機械手臂系統700僅具有單一手臂軸，所以不需要考慮其他手臂軸的運動狀態。因此，剛性機械單元740中的剛性機械方程式不會有第二慣性力。由於剛性機械單元740中的剛性機械方程式不需要考慮其他手臂軸的運動狀態，所以其他馬達裝置的運動參數也可以忽略。
於此實施例中，第一控制單元120a依據末端位置命令S1輸出第一轉矩訊號τ1。在一開始，剛性機械單元740接收第一控制單元120a輸出的第一轉矩訊號τ1以輸出剛性機械轉矩τ2。模型機械單元160a接收剛性機械轉矩τ2以輸出目標位置訊號S2給驅動單元180a。驅動單元180a依據目標位置訊號S2調整馬達裝置200a的旋轉角度。
量測處理單元190a量測到馬達裝置200a的運動參數(旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
)，並傳送運動參數給剛性機械單元740。此時，剛性機械單元740依據馬達裝置200a的運動參數(旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
)調整剛性機械轉矩τ2給模型機械單元160a。模型機械單元160a依據已調整的剛性機械轉矩τ2改變目標位置訊號S2給驅動單元180a。
在其他一些實施例中，模型機械單元160a依據已調整的剛性機械轉矩τ2輸出第一回授訊號S4給第一控制單元120a。接著，第一控制單元的操作方法已詳述於第2圖至第4圖中，故不再贅述。
第6圖所示為根據本發明之一實施例之機械手臂系統500之控制方法900之流程圖。請同時參照第2圖及第6圖以說明以下各個實施例。在第6圖中，控制方法900可以由第2圖所示之機械系統500之控制裝置100a及100b分別執行。於此實施例中，由於控制裝置100a及100b操作控制方法900之流程相同，所以本發明謹說明控制裝置100a操作控制方法900之流程。
在第6圖中，控制裝置100a由步驟905開始執行。控制裝置100a中的第一控制單元120a接收末端位置命令訊號S1a，並輸出第一轉矩訊號τ1。於此實施例中，第一轉矩訊號τ1包括目標旋轉角度、目標旋轉速度及目標旋轉加速度。然後控制裝置100a繼續執行步驟910。
在步驟910中，控制裝置100a中的剛性機械單元140a接收第一轉矩訊號中的目標旋轉角度、目標旋轉速度及目標旋轉加速度，並且運行剛性機械方程式(計算式(1))以建立剛性機械模型。完成建立剛性機械模型之後，剛性機械單元140a運行剛性機械模型取得一總和以作為剛性機械轉矩τ2。然後控制裝置100a繼續執行步驟915。
在步驟915中，控制裝置100a中的模型機械單元160a接收剛性機械轉矩τ2。同時，模型機械單元160a運行撓性方程式(計算式(2))以建立撓性機械模型以取得撓性機械轉矩。模型機械單元160a將剛性機械轉矩τ2及撓性機械轉矩相加以取得計算式(3)，並透過計算式(3)建立機械手臂模型。模型機械單元160a再透過機械手臂模型取得目標轉矩。然後，模型機械單元160a繼續執行步驟920。
在步驟920中，模型機械單元160a依據目標轉矩輸出目標位置訊號S2給驅動單元180a。在步驟925中，驅動單元180a依據目標位置訊號S2產生驅動訊號S3給馬達裝置200a，以調整馬達裝制200a的旋轉角度。然後控制裝置100a繼續執行步驟930。
在步驟930中，控制裝置100a中的量測處理單元190a量測馬達裝置200a的旋轉角度
Figure 02_image001
，並計算出馬達裝置200a的旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
，並且量測處理單元190a傳送馬達裝置200a的運動參數(旋轉角度
Figure 02_image001
、旋轉速度
Figure 02_image005
及旋轉加速度
Figure 02_image009
)給剛性機械單元140a。
在步驟935中，至少二控制裝置之一者(如控制裝置100a)接收至少二控制裝置的其他者(如控制裝置100b)所對應的該些馬達裝置之旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度，例如：馬達裝置200b的旋轉角度
Figure 02_image003
、旋轉速度
Figure 02_image007
及旋轉加速度
Figure 02_image011
(以下稱為馬達裝置200b的運動參數)。
在步驟940中，調整至少二控制裝置之一者(控制裝置100a)的剛性機械模型以改變剛性機械轉矩。控制裝置100a中的剛性機械單元140a接收馬達裝置200a及馬達裝置200b的運動參數，並運行剛性機械方程式(計算式(1))以調整剛性機械模型。剛性機械單元140a再依據已調整的剛性機械模型改變剛性機械轉矩τ2的大小給模型機械單元160a。
在步驟945中，模型機械單元160a接收已改變的剛性機械轉矩τ2，並且運行計算式(3)以調整機械手臂模型，並且改變目標轉矩。模型機械單元160a依據已改變的目標轉矩，並運行計算式(6)估算手臂軸300a的位置以輸出第一回授訊號S4給第一控制單元120a。
在步驟950中，第一控制單元120a判斷末端位置命令S1a及第一回授訊號S4之一相差是否落入第一誤差範圍。如果該相差沒有落入第一誤差範圍，第一控制單元120a調整第一轉矩訊號S1給剛性機械單元140a，並且控制裝置100a由步驟910開始重複執行接下來的步驟915~950。
在步驟950中，如果該相差落入第一誤差範圍，第一控制單元120a將維持固定的第一轉矩訊號S1給剛性機械單元140a。為了簡化第6圖，本發明沒有將此步驟繪示於第6圖中。
綜上所述，本發明的機械式手臂系統透過各個手臂軸所對應的控制裝置(如：控制裝置100a及100b)完成機械式手臂系統的操作，並非機械手臂系統中的中央控制器。如此一來，機械手臂系統中的中央控制器(未圖示)僅須完成訊號傳遞之功能。例如：中央控制器將控制裝置量測到的馬達裝置之運動參數，傳送到其他的控制裝置中的剛性機械單元。中央控制器仍具有額外的運算能力，使得中央控制器可以用於更多其他的應用，例如：雲端計算、影像處理、網路的連結等。因此，本發明的機械式手臂系統可以應用於更廣泛的用途，並且進行更彈性化的設計。
另外，由於本發明充分利用各個手臂軸的處理器(如控制裝置100a及100b)，本發明也解決硬體資源浪費等問題，並且達到明顯的降低成本等優勢。
雖然本發明以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域具有通常技術知識者，在不違背本發明精神和範圍的情況下，可做些許變動與替代，因此本發明之保護範圍當應視隨後所附之申請專利範圍所界定者為準。
本文使用的術語僅用於描述特定實施例，而不旨在限制本發明。如本文所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式「一」、「一個」和「該」也包含複數形式。此外，就術語「包括」 、「包含」 、「具有」或其他變化用法被用於詳細描述和/或請求項，這些術語旨在以類似於術語「包含」的方式具有相同意思。
400a:中央控制單元 400b:手臂軸之控制裝置 401b~403b:第一至第三手臂軸控制裝置 500、600、800:機械式手臂系統 100a、100b:控制裝置 120a、120b:第一控制單元 140a、140b、740:剛性機械單元 160a、160b:模型機械單元 180a、180b:驅動單元 182a:第二控制單元 184a:驅動電路 190a、190b:量測處理單元 200a、200b:馬達裝置 300a、300b:手臂軸 C1:運動控制命令 C2:每一手臂軸之轉矩命令 C3:每一手臂軸之馬達電流命令 S1、S1a、S1b:末端位置命令 S2:目標位置訊號 S3:驅動訊號 F1:第一轉矩訊號 τ1:第一轉矩訊號 τ2:剛性機械轉矩 τ3:第二轉矩訊號
Figure 02_image001
、
Figure 02_image003
:旋轉角度
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
:旋轉速度
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
:旋轉加速度 Δθ:第一誤差範圍 900:控制方法 905~955:步驟
第1圖所示為根據習知技術之一實施例的機械手臂系統之架構圖。 第2圖所示為根據本發明之一實施例的機械手臂系統之架構圖。 第3圖所示為根據本發明之一實施例之機械手臂系統中之機械手臂控制單元之架構圖。 第4圖所示為根據本發明之其他一些實施例之機械手臂系統之架構圖。 第5圖所示為根據本發明之其他一些實施例的機械手臂系統之架構圖。 第6圖所示為根據本發明之一實施例之機械手臂系統之控制方法之流程圖。
500:機械式手臂系統
100a、100b:控制裝置
120a、120b:第一控制單元
140a、140b:剛性機械單元
160a、160b:模型機械單元
180a、180b:驅動單元
182a:第二控制單元
184a:驅動電路
190a、190b:量測處理單元
200a、200b:馬達裝置
300a、300b:手臂軸
S1a、S1b:末端位置命令
S2:目標位置訊號
S3:驅動訊號
F1:第一轉矩訊號
τ1:第一轉矩訊號
τ2:剛性機械轉矩
τ3:第二轉矩訊號
q 1、q 2:旋轉角度
Figure 108144001-A0305-02-0003-7
、
Figure 108144001-A0305-02-0003-8
:旋轉速度
Figure 108144001-A0305-02-0003-9
、
Figure 108144001-A0305-02-0003-10
:旋轉加速度

Claims (20)

  1. 一種機械手臂系統，包括至少二手臂軸、至少二控制裝置及至少二馬達裝置，其中該等控制裝置分別控制所對應的該等馬達裝置以分別調整所對應的該等手臂軸之位置，其中每一該等控制裝置包括：一第一控制單元，接收一末端位置命令以輸出一第一轉矩訊號；一機械手臂控制單元，包括一剛性機械模型及一撓性機械模型，其中該機械手臂控制單元接收該第一轉矩訊號以透過該剛性機械模型取得一剛性機械轉矩，並且依據該剛性機械轉矩及該撓性機械模型建立一機械手臂模型以取得一目標轉矩，並且依據該目標轉矩輸出一目標位置訊號；一驅動單元，依據該目標位置訊號產生一驅動訊號以調整所對應的該馬達裝置之一旋轉角度；以及一量測處理單元，用以量測所對應的該馬達裝置之該旋轉角度、一旋轉速度及一旋轉加速度；其中該至少二控制裝置之一者的該機械手臂控制單元接收該至少二控制裝置的其他者所對應的該些馬達裝置之旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度，以調整該剛性機械模型以改變該剛性機械轉矩。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元依據已改變之該剛性機械轉矩調整該機械手 臂模型以改變該目標轉矩，並輸出一第一回授訊號給該第一控制單元；當該第一控制單元判斷該末端位置命令及該第一回授訊號之一相差沒有落入一第一誤差範圍時，該第一控制單元調整該第一轉矩訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元運行一剛性機械方程式以計算並相加所對應的該馬達裝置之多個動力參數並取得該多個動力參數之一總和，其中該機械手臂控制單元將該總和作為該剛性機械轉矩。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該至少二控制裝置之一者所對應的該馬達裝置之該旋轉角度、該至少二控制裝置的其他者所對應的該些馬達裝置之該旋轉角度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一第一慣性力。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該至少二控制裝置之一者所對應的該馬達裝置之該旋轉角度、該至少二控制裝置的其他者所對應的該些馬達裝置之該旋轉角度、該旋轉加速度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一第二慣性力。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該至少二控制裝置之一者所對應的該馬達裝置之該旋轉角度、該至少二控制裝置的其他者所對應的該些馬達裝置之該旋轉角度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該 多個動力參數之一重力。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該至少二控制裝置之一者所對應的該馬達裝置之該旋轉角度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一第一慣性力。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該至少二控制裝置之一者所對應的該馬達裝置之該旋轉角度、該至少二控制裝置的其他者所對應的該些馬達裝置之該旋轉角度及該旋轉加速度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一第二慣性力。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該至少二控制裝置之一者所對應的該馬達裝置之該旋轉角度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一重力。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該至少二控制裝置之一者所對應的該馬達裝置之該旋轉角度、該旋轉速度、以及該至少二控制裝置的其他者所對應的該些馬達裝置之該旋轉角度及該旋轉速度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一科氏力(或向心力)。
  11. 如申請專利範圍第3項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該至少二控制裝置之一者所對應的該 馬達裝置之該旋轉速度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一動摩擦力。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之機械手臂系統，其中該驅動單元包括一第二控制單元及一驅動電路，其中該第二控制單元耦接該剛性機械轉矩及該目標位置訊號以輸出一第二轉矩訊號給該驅動電路以輸出該驅動訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之機械手臂系統，當該第二控制單元判斷該目標位置訊號與該馬達裝置的該旋轉角度之一相差沒有落入一第二誤差範圍時，該第二控制單元調整該第二轉矩訊號。
  14. 一種機械手臂系統，包括一手臂軸、耦接於該手臂軸之一馬達裝置及耦接於該馬達裝置之一控制裝置，其中該控制裝置包括：一第一控制單元，接收一末端位置命令訊號以輸出一第一轉矩訊號；一機械手臂控制單元，包括一剛性機械模型及一撓性機械模型，其中該機械手臂控制單元接收該第一轉矩訊號以透過該剛性機械模型取得一剛性機械轉矩，並且依據該剛性機械轉矩及該撓性機械模型建立一機械手臂模型以取得一目標轉矩，並且依據該目標轉矩輸出一目標位置訊號；一驅動單元，依據該目標位置訊號產生一驅動訊號以調整該馬達裝置之一旋轉角度；以及 一量測處理單元，用以量測該馬達裝置以輸出該馬達裝置之運動參數，其中該運動參數包括該旋轉角度、一旋轉速度及一旋轉加速度；其中該機械手臂控制單元接收該馬達裝置之該運動參數以調整該剛性機械模型以改變該剛性機械轉矩。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元依據已改變之該剛性機械轉矩調整該機械手臂模型以改變該目標轉矩，並輸出一第一回授訊號給該第一控制單元；當該第一控制單元判斷該末端位置命令及該第一回授訊號之一相差沒有落入一第一誤差範圍時，該第一控制單元調整該第一轉矩訊號。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元運行一剛性機械方程式以計算並相加手臂軸之多個動力參數並取得該多個動力參數之一總和，其中該機械手臂控制單元將該總和作為該剛性機械轉矩。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該馬達裝置之該旋轉角度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一慣性力。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之機械手臂系統，其中該機械手臂控制單元接收該馬達裝置之該旋轉角度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一重力；該機械手臂控制單元接收該馬達裝置的該旋轉角度及該旋轉 速度，並透過運行該剛性機械方程式以取得一科氏力；以及該機械手臂控制單元接收該馬達裝置的該旋轉速度，並透過運行該剛性機械方程式以取得該多個動力參數之一動摩擦力。
  19. 一種機械手臂控制方法，由一機械手臂系統所執行，其中該機械手臂系統包括至少二手臂軸、至少二控制裝置及至少二馬達裝置，其中該等控制裝置分別控制所對應的該等馬達裝置以分別調整所對應的該等手臂軸之位置，其中每一該等控制裝置執行該機械手臂控制方法包括：接收一末端位置命令訊號以輸出一第一轉矩訊號；接收該第一轉矩訊號並運行一剛性機械模型以取得一剛性機械轉矩；依據該剛性機械轉矩及一撓性機械模型建立一機械手臂模型以取得一目標轉矩；依據該目標轉矩輸出一目標位置訊號；依據該目標位置訊號產生一驅動訊號以調整所對應的該馬達裝置之一旋轉角度；以及量測所對應的該馬達裝置之該旋轉角度、一旋轉速度及一旋轉加速度；其中該至少二控制裝置之一者接收該至少二控制裝置的其他者所對應的該些馬達裝置之旋轉角度、旋轉速度及旋轉加速度，以調整該至少二控制裝置之一者的該剛性機械模型以改變該剛性機械轉矩。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之機械手臂控制方法，更包括：依據已改變之該剛性機械轉矩調整該機械手臂模型以改變該目標轉矩以輸出一第一回授訊號；當判斷該末端位置命令及該第一回授訊號之一相差沒有落入一第一誤差範圍時，調整該第一轉矩訊號。
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