TWI642523B - 用於機械臂之負載估測重力補償的方法及其負載估測重力補償系統 - Google Patents

用於機械臂之負載估測重力補償的方法及其負載估測重力補償系統 Download PDF

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Abstract

一種用於機械臂之負載估測重力補償的方法，以具有負載估測模組與重力補償模組的負載估測重力補償系統實施，該方法包含：機械臂受操作者作用而移動到第一位置；驅動模組輸出對應當前負載的第一扭力訊號與第一關節角度；訊號處理器轉換第一扭力訊號為第一扭力值；負載估測模組產生修正參數、零負載扭力值，及滿負載扭力值；機械臂受負載改變使驅動模組輸出第二扭力訊號；訊號處理器轉換第二扭力訊號為第二扭力值；負載估測模組依據第一扭力值、零負載扭力值、滿負載扭力值及第二扭力值估測出估測負載值；重力補償模組依據估測負載值與第二關節角度產生補償扭力值。本發明還提供執行前述方法的負載估測重力補償系統。

Description

用於機械臂之負載估測重力補償的方法及其負載估測重力補償系統
本發明是有關於一種負載估測重力補償的方法與其負載估測重力補償系統，特別是指一種用於機械臂之負載估測重力補償的方法及其負載估測重力補償系統。
隨著科技日漸進步，機械臂的耐用性、可自動控制、及具精密度等特性已被廣泛的應用於各領域中。在機械臂獨自運作，或與操作者進行人機協同作業時，當外界對機械臂施加額外的負載時，機械臂的輸出參數須根據此負載而給予對應的重力補償，以確保機械臂順應此負載而正常運作。
一般要讓機械臂應對負載改變而給予對應的重力補償時，須先得知施加在機械臂的負載改變量。常見的作法是在負載施加於機械臂前，預先量測欲施加的負載的重量後，再將其重量參數輸入給機械臂，以讓機械臂能應對此負載改變給予適當的重力補償，然，此方式需在每次改變負載之前先量測負載重量，使得操作流程繁複。
另一種方式則是在機械臂的各關節處設置扭力感測器並搭配一校正流程，用以量測施加於機械臂的負載變化，如美國第9,533,414 B2號核准公告專利揭示一種扭力檢測方法，主要在機械臂外加負載時，先量測機械臂的機械偏差值與計算重力係數並經校正流程後，根據扭力感測器回饋及輸出軸旋轉角度計算出重力補償量，然而，此種方式需要額外設置高成本的扭力感測器，且對於未知負載需要重新校正才能達到重力補償。
因此，本發明的目的，即在提供一種用於機械臂之負載估測重力補償的方法。
於是，本發明用於機械臂之負載估測重力補償的方法，透過一負載估測重力補償系統來實施，該機械臂包括至少一關節及一安裝在該至少一關節處的驅動模組，該負載估測重力補償系統包括一與該驅動模組連接的訊號處理器、一對應該至少一關節安裝且與該訊號處理器連接的負載估測模組，及一與該負載估測模組連接的重力補償模組，該負載估測模組具有一重力模型修正單元、一虛擬機械臂單元，及一計算單元組，該用於機械臂之負載估測重力補償的方法包含以下步驟一步驟(A)、一步驟(B)、一步驟(C)、一步驟(D)、一步驟(E)、一步驟(F)、一步驟(G)、一步驟(H)、一步驟(I)，及一步驟(J)。
該步驟(A)是讓該機械臂受一操作者作用而移動到一第一位置並定義承受一當前負載，且由一操控模式轉換成一位置控制模式。
該步驟(B)是由該驅動模組輸出一對應該當前負載的第一扭力訊號，及一對應該第一位置的第一關節角度。
該步驟(C)是由該訊號處理器接收該第一扭力訊號轉換產生一第一扭力值。
該步驟(D)是由該負載估測模組的該重力模型修正單元接收該第一扭力值以產生一修正參數，該虛擬機械臂單元接收該修正參數及該第一關節角度而產生一零負載扭力值及一滿負載扭力值。
該步驟(E)是改變該當前負載成一未知負載。
該步驟(F)是由該驅動模組輸出對應該未知負載的第二扭力訊號。
該步驟(G)是由該訊號處理器接收該第二扭力訊號轉換產生一第二扭力值。
該步驟(H)是由該負載估測模組的該計算單元組依據該第一扭力值、該零負載扭力值、該滿負載扭力值，及該第二扭力值估測出一與該未知負載之值相近的估測負載值。
步驟(I)是轉換成一扭力控制模式，該機械臂受該操作者作用，從該第一位置移動到一第二位置，且該驅動模組輸出對應該第二位置的第二關節角度。
該步驟(J)是由該重力補償模組依據估測出的該估測負載值與該第二關節角度，產生一補償扭力值並輸入至該驅動模組。
再者，本發明的另一目的，即在提供一負載估測重力補償系統。
於是，本發明負載估測重力補償系統，適用於安裝在一機械臂上，該機械臂包括至少一關節，及一安裝在該至少一關節處的驅動模組，該驅動模組用以輸出一對應該至少一關節於一第一位置的第一扭力訊號與一第一關節角度，及對應該至少一關節於一第二位置的第二扭力訊號及一第二關節角度，該負載估測重力補償系統包含一訊號處理器、一負載估測模組，及一重力補償模組。
該訊號處理器與該驅動模組連接，用以接收該第一扭力訊號與該第二扭力訊號而分別轉換產生一第一扭力值與一第二扭力值。
該負載估測模組對應該至少一關節安裝且與該訊號處理器連接，該負載估測模組包括一重力模型修正單元、一連接該重力模型修正單元的虛擬機械臂單元，及一連接該虛擬機械臂單元的計算單元組，該重力模型修正單元用以接收該第一扭力值以產生一修正參數，該虛擬機械臂單元用以接收該修正參數及該第一關節角度而產生一零負載扭力值及一滿負載扭力值，該計算單元組依據該第一扭力值、該零負載扭力值、該滿負載扭力值，及該第二扭力值估測出一估測負載值。
該重力補償模組與該負載估測模組連接，依據估測出的該估測負載值與該第二關節角度，產生一補償扭力值並輸入至該驅動模組。
本發明的功效在於，藉由輸入該第一扭力值、該第二扭力值、該修正參數、該虛擬機械臂單元產生的該零負載扭力值，及該滿負載扭力值至該計算單元組估測出估測負載值，再由該重力補償模組依據估測出的該估測負載值與該第二關節角度至該驅動模組完成機械手臂的重力補償功能，於負載發生改變時無須如現有技術進行校正流程，且不需安裝昂貴的扭力感測器，即能即時估測未知負載所造成的重力影響。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明負載估測重力補償系統的一實施例，適用於安裝在一機械臂2上，該機械臂2包括多個關節21、多個藉由該等關節21連接的連桿，及多個對應安裝在該等關節21處的驅動模組22，該驅動模組22包括一致動器221、一與該致動器221連接的機構組件222，及一與該機構組件222連接的編碼器223，該負載估測重力補償系統包含一與該致動器221連接的訊號處理器3、多個對應該等關節21安裝且與該訊號處理器3連接的負載估測模組4，及一與該等負載估測模組4連接的重力補償模組5。
當該機械臂2受負載W作用時，該驅動模組22的該致動器221會將一操控訊號傳至該機構組件222而驅動該機械臂2移動，且該致動器221用以輸出所對應的該關節21的一扭力訊號，該編碼器223用以輸出其所對應的該關節21的一關節角度。
該訊號處理器3用以接收來自該致動器221的該扭力訊號而將其轉換成一對應關節的扭力值。
該負載估測模組4包括一重力模型修正單元41、一與該重力模型修正單元41連接的虛擬機械臂單元42，及一與該虛擬機械臂單元42連接的計算單元組43。該重力模型修正單元41用以接收該扭力值以產生一修正參數，該虛擬機械臂單元42用以接收該修正參數與該扭力值而產生一零負載扭力值及一滿負載扭力值。該計算單元組43具有一與該虛擬機械臂單元42連接的負載變化曲線單元431，及一與該負載變化曲線單元431連接的計算負載單元432，該負載變化曲線單元431用以接收該扭力值、該零負載扭力值及該滿負載扭力值而計算出一負載變化量，該計算負載單元432用以接收該負載變化量而計算輸出一估測負載值。
該重力補償模組5依據該估測負載值與該關節角度而產生一補償扭力值並輸入至該驅動模組22。
參閱圖2，本發明用於機械臂之負載估測重力補償的方法的一實施例是使用前述負載估測重力補償系統來實施，其實施流程是大致可分為在控制模式下的負載估測階段及在扭力控制模式下的實現重力補償功能，具體地說，步驟A~步驟H2為負載估測階段，步驟I1~步驟J為實現重力補償功能，以下詳細說明該實施例的各個步驟。
在步驟A，該機械臂2受一操作者作用而移動到一第一位置，定義此時的負載為當前負載 ，並由一操控模式轉換成一位置控制模式。配合參閱圖3，圖3顯示該負載W的作用方向與該關節21的一輸出軸線方向L相交或平行，於此一狀況下，該負載W無法產生力矩效應(也就是力臂=0)，而無法對未知負載進行估測，因此，附加於該機械臂2上的負載W的作用方向是不能呈與該關節21的該輸出軸線方向L相交或平行的狀況。於本實施例中，附加於該機械臂2上的負載W可由單一或複數機構組合而成，其態樣並無特別限制。
在步驟B1，當該機械臂2移動至該第一位置時，各該驅動模組22的該致動器221輸出其所對應的該當前負載 的一第一扭力訊號至該訊號處理器3。
在步驟B2，各該驅動模組22的該編碼器223對應該第一位置輸出各關節21的一第一關節角度 。
在步驟C，該訊號處理器3接收該第一扭力訊號後，將該第一扭力訊號轉換成一第一扭力值 ，要說明的是，當使用不同馬達作為該致動器221即會對應產生不同的扭力訊號，舉例而言，此扭力訊號能為電壓訊號、電流訊號或是其他訊號來轉換成扭力值，因此，該第一扭力訊號並無特定形式主要是依該致動器221的選用而有對應的訊號，於本實施例中，該第一扭力訊號是以電流訊號為例作說明，而該第一扭力值 即是該訊號處理器3依據該致動器221輸出的電流訊號(第一扭力訊號)與該制動器221的一扭力常數計算而得。
在步驟D1，該負載估測模組4的該重力模型修正單元41接收該第一扭力值 以產生一修正參數α、β。
在步驟D2，該虛擬機械臂單元42接收該修正參數α、β及該第一關節角度 而產生一零負載扭力值 及一滿負載扭力值 。
在步驟E，改變該當前負載 成一未知負載 。
在步驟F，當該機械臂2受該未知負載 作用時，各該驅動模組22的該致動器22輸出其所對應該未知負載 的第二扭力訊號至該訊號處理器3，其中，該第二扭力訊號也是電流訊號。
在步驟G，相同於該步驟C，該訊號處理器3藉由接收該致動器221輸出的該第二扭力訊號(電流訊號)與該致動器221的扭力常數而計算出一第二扭力值 。
在步驟H1，該負載變化曲線單元431接收該第一扭力值 、該零負載扭力值 、該滿負載扭力值 ，及該第二扭力值 ，以計算輸出一負載變化量。
更詳細地說，是該負載變化曲線單元431藉由該機械臂2所能承受的一最大負載值 、該零負載扭力值 ，及該滿負載扭力值 計算出一關節扭力變化曲線方程式，並將該第一扭力值 與該第二扭力值 輸入至該關節扭力變化曲線方程式，以計算出該負載變化量。
在步驟H2，該計算負載單元432接收該負載變化量而計算輸出一與該未知負載 之值相近的估測負載值 。
在該步驟I1，轉換成一扭力控制模式，該機械臂2受一操作者作用，從第一位置移動到一第二位置。
在該步驟I2，該驅動模組22的該編碼器223對應該第二位置輸出各關節21的一第二關節角度 。
在步驟J，該重力補償模組5依據估測出的該估測負載值 與該第二關節角度 ，產生一補償扭力值並輸入至該驅動模組22。
更詳細地說，該重力補償模組5依據該機械臂2的該等關節21數量、各該關節21的一輸出軸線方向、各該關節21的關節角度、各該連桿的連桿重量、各該連桿的重心位置，及該估測負載值 計算出該補償扭力值，從而將該補償扭力值輸至該驅動模組22而完成機械臂2的重力補償功能。
以下將前述用於機械臂之負載估測重力補償的方法統整成一負載估測演算法而得到如公式(1)所示： ……………………………………(1)
由公式(1)可知，要估測的估測負載值 即是未知負載 ，而此未知負載 (估測負載值 )即是由當前負載 與負載變化量相加而得，換句話說，該未知負載 扣除該當前負載 即為該負載變化量，使得該負載變化量可表示成如公式(2)所示： …………………………………………………(2)
其中，該第一扭力值 與該第二扭力值 即能分別由其各自的電流值(A C、A)乘上該致動器221的扭力常數(T c)而得；而該零負載扭力值 是代表該重力補償模組5於該機械臂2在當前關節角度無負載時所估測之該致動器221的輸出扭力值，該滿負載扭力值 是代表該重力補償模組5於該機械臂2在當前關節角度最大負載時所估測之該致動器221的輸出扭力值。
進一步說，該零負載扭力值 與該滿負載扭力值 是通過順向運動學得知關節角度與關節輸出力矩的關係方程式所得的該重力補償模組5進行計算，其中，該重力補償模組5需要如該步驟I中所述之該機械臂2的各該連桿的連桿重量、各該連桿的重心位置、各該關節21的關節角度、負載重量，及負載位置等參數進行推演，從而推算出該零負載扭力值 與該滿負載扭力值 能以公式(3)與公式(4)表示： …………………………………(3) ………………………………………(4)
其中，α與β即是該修正參數。由公式(1)~公式(4)與前述該等步驟A~I可知，藉由將本發明用於機械臂之負載估測重力補償的方法的演算法即可提供該機械臂2負載回饋，能廣泛的應用於具有主動控制電機模組的機械臂中，換句話說，透過估測未知負載所造成的重力影響，使得負載發生改變時不需要重新校正，不僅提高機械臂使用的靈活性及方便性，且不需要額外設置扭力感測器，降低機械臂的硬體成本，且本發明負載估測重力補償的方法為通用性技術，除可以應用於醫療相關的手術、與復健機器人外，亦可以用於工業型的串聯或是並聯型的機械臂。
為了更詳細的驗證本發明用於機械臂之負載估測重力補償的方法，以下進行實際量測。
參閱圖4與圖5，圖4的該機械臂2受負載作用的姿態中，其關節二212的位置為π/2，而關節三213的位置則為0，且該機械臂2最大負載為1.6kg，其致動器的扭力常數則為20.8mNm/A，分別進行附加重量200g~1000g的實際負載，針對該關節三213進行實驗量測，其實驗結果整理如表1，並將表1的結果繪製成圖5。
表1顯示圖4中之該關節三213的實測數據 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 輸出電流(mA) </td><td> 輸出扭力(mNm) </td><td> 實際負載(g) </td><td> 估測負載(g) </td><td> 估測誤差(%) </td></tr><tr><td> 215 </td><td> 2.06 </td><td> 200 </td><td> 239 </td><td> 20 </td></tr><tr><td> 306 </td><td> 2.94 </td><td> 400 </td><td> 346 </td><td> 13 </td></tr><tr><td> 435 </td><td> 4.18 </td><td> 600 </td><td> 615 </td><td> 2.5 </td></tr><tr><td> 584 </td><td> 5.62 </td><td> 800 </td><td> 841 </td><td> 5 </td></tr><tr><td> 657 </td><td> 6.32 </td><td> 1000 </td><td> 1013 </td><td> 1.3 </td></tr></TBODY></TABLE>
進一步改變該機械臂2姿態成圖6所示，其中，關節二212的位置為π/8，而關節三213的位置則為9π/40，該機械臂2最大負載為1.6kg，致動器的扭力常數則為20.8mNm/A，且也分別進行附加重量200g~1000g的實際負載，針對該關節二212與該關節三213進行實驗量測，其實驗結果分別整理如表2與表3，並將表2與表3的結果分別繪製成圖7與圖8。
表2顯示圖6中之該關節二212的實測數據 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 輸出電流(mA) </td><td> 輸出扭力(mNm) </td><td> 實際負載(g) </td><td> 估測負載(g) </td><td> 估測誤差(%) </td></tr><tr><td> 619 </td><td> 5.95 </td><td> 200 </td><td> 122.8 </td><td> 38.6 </td></tr><tr><td> 715.6 </td><td> 6.88 </td><td> 400 </td><td> 363.2 </td><td> 9.2 </td></tr><tr><td> 801.8 </td><td> 7.71 </td><td> 600 </td><td> 569.4 </td><td> 5.1 </td></tr><tr><td> 920.6 </td><td> 8.85 </td><td> 800 </td><td> 790.4 </td><td> 1.2 </td></tr><tr><td> 1026 </td><td> 9.86 </td><td> 1000 </td><td> 1002.9 </td><td> 0.29 </td></tr></TBODY></TABLE>
表3顯示圖6中之該關節三213的實測數據 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 輸出電流(mA) </td><td> 輸出扭力(mNm) </td><td> 實際負載(g) </td><td> 估測負載(g) </td><td> 估測誤差(%) </td></tr><tr><td> 225.8 </td><td> 2.17 </td><td> 200 </td><td> 186.682 </td><td> 6.66 </td></tr><tr><td> 339.4 </td><td> 3.26 </td><td> 400 </td><td> 387.388 </td><td> 3.15 </td></tr><tr><td> 436.8 </td><td> 4.2 </td><td> 600 </td><td> 566.487 </td><td> 5.59 </td></tr><tr><td> 541.2 </td><td> 5.2 </td><td> 800 </td><td> 813.318 </td><td> 1.66 </td></tr><tr><td> 641.6 </td><td> 6.17 </td><td> 1000 </td><td> 1032.31 </td><td> 3.23 </td></tr></TBODY></TABLE>
由前述表1~表3、圖5及圖7~8的實際量測結果可知，以本發明負載估測重力補償的方法所估測出來的估測負載與實際負載相較，確實能很接近的估測出與實際負載相當的估測負載值，且其估算誤差均在可容許的誤差範圍，其中，要說明的是，有關表1與表2於實際負載為200g所造成得估測誤差受到較大影響的原因在於，若該機械臂2要移動時，各關節21皆必須克服最大靜摩擦力，因此，其外加負載所造成的力矩效應小於最大靜摩擦力時，雖估測準確性受到影響，但該機械臂2仍不受外加負載改變所造成的重力影響而發生非預期的移動，所以此估測誤差是能被接受的，且由後續量測可知，當外加負載越大時(400g~1000g)，所產生的力矩效應大於最大靜摩擦力時，該機械臂2則會產生非預期的移動，而經由前述的負載重力補償機制，機械臂仍可固定於當前位置。
此處要特別說明的是，圖4與圖6的機械臂態樣僅是用以示意而方便說明，本發明負載估測重力補償系統是可安裝在只有單個關節的機械臂，也可安裝在其他具有更多個關節的機械臂，其機械臂態樣並不以圖4及圖6所示為限。
綜上所述，本發明用於機械臂之負載估測重力補償的方法主要是量測負載改變前後該致動器221產生的電流值，並根據該機械臂2的機械構造參數推導的重力模型修正單元41與該等關節21當前的位置來估測出該未知負載 ，也就是由輸入該第一扭力值 、該第二扭力值 、該修正參數α、β、該虛擬機械臂單元42產生的該零負載扭力值 ，及該滿負載扭力值 至該計算單元組43估測出估測負載值 ，再由該重力補償模組5依據估測出的該估測負載值 與該第二關節角度 至該驅動模組22完成機械手臂的重力補償功能，不需安裝昂貴的扭力感測器，即能即時估測未知負載所造成的重力影響，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
2‧‧‧機械臂
42‧‧‧虛擬機械臂單元
21‧‧‧關節
43‧‧‧計算單元組
22‧‧‧驅動模組
431‧‧‧負載變化曲線單元
221‧‧‧致動器
432‧‧‧計算負載單元
222‧‧‧機構組件
5‧‧‧重力補償模組
223‧‧‧編碼器
L‧‧‧輸出軸線方向
3‧‧‧訊號處理器
W‧‧‧負載
4‧‧‧負載估測模組
A~J‧‧‧步驟
41‧‧‧重力模型修正單元
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，說明本發明負載估測重力補償系統與一機械臂連接的一實施例； 圖2是一流程圖，說明本發明用於機械臂之負載估測重力補償的方法的一實施例； 圖3是一示意圖，說明負載的作用方向與關節的一輸出軸線方向相交或平行； 圖4是一示意圖，說明該機械臂處於一機械臂姿態； 圖5是一負載對輸出扭力關係圖，說明以本發明用於機械臂之負載估測重力補償的方法的該實施例進行估測的結果； 圖6是一示意圖，說明該機械臂處於另一種機械臂姿態； 圖7是一負載對輸出扭力關係圖，說明以本發明用於機械臂之負載估測重力補償的方法的該實施例進行估測的結果；及 圖8是一負載對輸出扭力關係圖，說明以本發明用於機械臂之負載估測重力補償的方法的該實施例進行估測的結果。

Claims (7)

  1. 一種用於機械臂之負載估測重力補償的方法，透過一負載估測重力補償系統來實施，該機械臂包括至少一關節及一安裝在該至少一關節處的驅動模組，該負載估測重力補償系統包括一與該驅動模組連接的訊號處理器、一對應該至少一關節安裝且與該訊號處理器連接的負載估測模組，及一與該負載估測模組連接的重力補償模組，該負載估測模組具有一重力模型修正單元、一虛擬機械臂單元，及一計算單元組，該用於機械臂之負載估測重力補償的方法包含以下步驟：(A)該機械臂受一操作者作用而移動到一第一位置並定義承受一當前負載，且由一操控模式轉換成一位置控制模式；(B)該驅動模組輸出一對應該當前負載的第一扭力訊號，及一對應該第一位置的第一關節角度；(C)該訊號處理器接收該第一扭力訊號轉換產生一第一扭力值；(D)該負載估測模組的該重力模型修正單元接收該第一扭力值以產生一修正參數，該虛擬機械臂單元接收該修正參數及該第一關節角度而產生一零負載扭力值及一滿負載扭力值；(E)改變該當前負載成一未知負載；(F)該驅動模組輸出對應該未知負載的第二扭力訊號；(G)該訊號處理器接收該第二扭力訊號轉換產生一第二扭力值；(H)該負載估測模組的該計算單元組具有一與該虛擬機械臂連接的負載變化曲線單元，及一與該負載變化曲線單元連接的計算負載單元，並包括：(H1)該未知負載扣除該當前負載為一負載變化量，該負載變化曲線單元接收該第一扭力值、該零負載扭力值、該滿負載扭力值，及該第二扭力值，以計算輸出該負載變化量；及(H2)該計算負載單元接收該負載變化量，將該當前負載與該負載變化量相加而得一估測負載值，並輸出該估測負載值；(I)轉換成一扭力控制模式，該機械臂受該操作者作用，從該第一位置移動到一第二位置，且該驅動模組輸出對應該第二位置的第二關節角度；及(J)該重力補償模組依據估測出的該估測負載值與該第二關節角度，產生一補償扭力值並輸入至該驅動模組。
  2. 如請求項1所述的用於機械臂之負載估測重力補償的方法，其中，該步驟(H1)中，該負載變化曲線單元是藉由該機械臂所能承受的一最大負載值、該零負載扭力值，及該滿負載扭力值計算出一關節扭力變化曲線方程式，並將該第一扭力值與該第二扭力值輸入至該關節扭力變化曲線方程式，以計算出該負載變化量。
  3. 如請求項1所述的用於機械臂之負載估測重力補償的方法，該機械臂還包括多個藉由該至少一關節相連接的連桿，其中，於該步驟(J)中，該重力補償模組依據該關節數量、該至少一關節的一輸出軸線方向、該至少一關節的關節角度、各該連桿的連桿重量、各該連桿的重心位置，及該估測負載值計算出該補償扭力值。
  4. 如請求項3所述的用於機械臂之負載估測重力補償的方法，其中，該當前負載與該未知負載的作用方向不與該至少一關節的該輸出軸線方向相交或平行。
  5. 如請求項1所述的用於機械臂之負載估測重力補償的方法，該驅動模組包括一致動器、一與該致動器連接的機構組件，及一與該機構組件連接的編碼器，其中，該步驟(A)中，該機械臂受該致動器依該操控模式輸出對應的一操控訊號至該機構組件而驅動至該第一位置，於該步驟(B)、該步驟(F)與該步驟(1)中，由該致動器輸出該第一扭力訊號與該第二扭力訊號，由該編碼器輸出該第一關節角度與該第二關節角度。
  6. 如請求項5所述的用於機械臂之負載估測重力補償的方法，該第一扭力訊號與該第二扭力訊號為電流訊號，該訊號處理器藉由該致動器輸出的該電流訊號與該致動器的一扭力常數計算出該第一扭力值與該第二扭力值。
  7. 一種負載估測重力補償系統，適用於安裝在一機械臂上，該機械臂包括至少一關節，及一安裝在該至少一關節處的驅動模組，該驅動模組用以輸出一對應該至少一關節於一第一位置的第一扭力訊號、一第二扭力訊號與一第一關節角度，及對應該至少一關節於一第二位置的一第二關節角度，該負載估測重力補償系統包含：一訊號處理器，與該驅動模組連接，用以接收該第一扭力訊號與該第二扭力訊號而分別轉換產生一第一扭力值與一第二扭力值；一負載估測模組，對應該至少一關節安裝且與該訊號處理器連接，該負載估測模組包括一重力模型修正單元、一連接該重力模型修正單元的虛擬機械臂單元，及一連接該虛擬機械臂單元的計算單元組，該重力模型修正單元用以接收該第一扭力值以產生一修正參數，該虛擬機械臂單元用以接收該修正參數及該第一關節角度而產生一零負載扭力值及一滿負載扭力值，該計算單元組具有一與該虛擬機械臂單元連接的負載變化曲線單元，及一與該負載變化曲線單元連接的計算負載單元，該負載變化曲線單元用以接收該第一扭力值、該零負載扭力值、該滿負載扭力值，及該第二扭力值，以計算輸出一負載變化量，該計算負載單元用以接收該負載變化量而計算輸出一估測負載值；及一重力補償模組，與該負載估測模組連接，依據估測出的該估測負載值與該第二關節角度，產生一補償扭力值並輸入至該驅動模組。
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