CN103722562A - 机械关节与应用其的机械手臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械关节与应用其的机械手臂，机械关节包含中空轴、第一齿轮、多个马达、多个第二齿轮、编码器以及数字处理驱动单元。第一齿轮固定于中空轴。马达围绕中空轴设置，每一马达分别具有一转轴。第二齿轮固定于转轴并与第一齿轮啮合，马达驱动第二齿轮以使中空轴转动。编码器设置于马达其中一者相对于第二齿轮的一侧。编码器的信号回传至数字处理驱动单元，以驱动马达。本发明的机械关节中使用多个马达配合齿轮以驱动中空轴转动，可以有效提升中空轴的输出扭力，并降低减速的幅度。使用者更可依照不同的需求，调整马达的数量，改变机械关节的中空轴的扭力与转速。编码器与数字处理驱动单元位于同一平面上，可有效节省空间配置。

Description

机械关节与应用其的机械手臂

技技术领域

本发明是有关于一种机械关节，尤其有关于应用于机械手臂中的机械关节。

背景技术

机械手臂（robot arm）是具有模仿人类手臂功能并可完成各种作业的自动控制设备，这种机器人系统有多关节连结并且允许在平面或三度空间进行运动或使用线性位移移动。构造上由机械主体、控制器、伺服机构和感应器所组成，并由程式根据作业需求设定一定的指定动作。例如可以通过伺服机构驱动移动机械手臂至定位，接着执行夹钳的动作，并精确的回馈至可编程逻辑的控制器。

机械手臂多是以完成腕部以及手部的动作为主要诉求，经由将作业顺序输入控制器后，就能反复完成无数次的正确规律运作。自从机器手臂技术开始发展之后，可以说是应用范围最广泛的自动化机械装置，而许多工业上的组装、搬运、喷漆、焊接等繁重工作，皆能以机器手臂取代人工作业，大幅地提升了作业效率以及人工成本。

多轴式机械手臂由于配线结构复杂，且因应轻量化需求，故需要中空式的机械关节设计。现有的中空式机械关节设计多是以环状结构组合而成。又因各个机械手臂尺寸不同，导致元件难以共用，成本便无法降低。

发明内容

为克服现有技术中的上述问题，本发明的目的就是在提供一种中空式的机械关节与应用其的机械手臂，用以配合不同尺寸的机械手臂需求，并可有效节省配置空间。

依照本发明一实施方式，提出一种机械关节，应用于机械手臂中，机械关节包含中空轴、第一齿轮、多个马达、多个第二齿轮、编码器以及数字处理驱动单元。第一齿轮固定于中空轴。马达围绕中空轴设置，每一马达分别具有一转轴。第二齿轮固定于转轴并与第一齿轮啮合，以通过马达驱动第二齿轮以使中空轴转动。编码器设置于马达其中一者且相对于第二齿轮的一侧。编码器的信号回传至数字处理驱动单元以驱动马达。其中编码器与数字处理驱动单元位于同一平面。

于本发明的一或多个实施例中，马达可同时一齐正向出力输出或一齐负向出力输出。

于本发明的一或多个实施例中，机械关节还包含第一驱动元件与第二驱动元件，马达包含多个正向出力输出马达与多个负向出力输出马达，第一驱动元件连接数字处理驱动单元与正向出力输出马达，第二驱动元件连接数字处理驱动单元与负向出力输出马达。

于本发明的一或多个实施例中，数字处理驱动单元包含用以提供转速命令的转速命令元件、用以将转速命令转换为第一转矩命令与一第二转矩命令的转换元件、第一转矩命令元件与第二转矩命令元件。第一转矩命令元件用以接收第一转矩命令并将第一转矩命令转换为第一驱动命令传送至第一驱动元件，以控制正向出力输出马达。第二转矩命令元件用以接收第二转矩命令并将第二转矩命令转换为第二驱动命令传送至第二驱动元件，以控制负向出力输出马达。

于本发明的一或多个实施例中，第一转矩命令与第二转矩命令为正向时，第一驱动命令为第一转矩命令加上一保持力定值后除以二，第二驱动命令为负的保持力定值除以二。

于本发明的一或多个实施例中，第一转矩命令与第二转矩命令为负向时，第二驱动命令为第二转矩命令加上一保持力定值后除以二，第一驱动命令为负的保持力定值除以二。

于本发明的一或多个实施例中，正向出力输出马达与负向出力输出马达共用一直流电源上的电容，正向出力输出马达与负向出力输出马达包含对中空轴作正功的多个正功马达，以及对中空轴做负功的多个负功马达，负功马达所反馈的能量系储存于直流电源上的电容中以供予正功马达使用。

于本发明的一或多个实施例中，其中马达具有固定关系的电气角。

本发明的另一实施方式为一种机械手臂，包含第一机械关节、功能性结构、第二机械关节以及连接结构。第一机械关节设置于底部，第一机械关节包含第一中空轴、第一齿轮、多个第一马达、多个第二齿轮、第一编码器与第一数字处理驱动单元。第一齿轮固定于第一中空轴。第一马达围绕第一中空轴设置，其中第一马达具有固定关系的电气角，每一第一马达分别具有一转轴。第二齿轮固定于转轴并与第一齿轮啮合，以通过第一马达驱动第二齿轮以使第一中空轴转动。第一编码器设置于第一马达其中一者且相对于第二齿轮的一侧，第一编码器的信号回传至第一数字处理驱动单元以驱动第一马达。第一编码器与第一数字处理驱动单元位于同一平面。第二机械关节连接功能性结构。第二机械关节包含第二中空轴、第三齿轮、多个第二马达、多个第四齿轮、第二编码器与第二数字处理驱动单元。第三齿轮固定于第二中空轴。第二马达围绕第二中空轴设置，其中第二马达具有固定关系的电气角，每一第二马达分别具有一转轴。第四齿轮固定于转轴并与第三齿轮啮合，以通过第二马达驱动第四齿轮以使第二中空轴转动。第二编码器设置于第二马达其中一者相对于第四齿轮的一侧，第二编码器的信号回传至第二数字处理驱动单元以驱动第二马达。第二编码器与第二数字处理驱动单元位于同一平面。连接结构连接第一机械关节与第二机械关节，其中第一马达的数量大于第二马达的数量。

于本发明的一或多个实施例中，第一齿轮的齿数大于第二齿轮的齿数，第三齿轮的齿数大于第四齿轮的齿数。

本发明的机械关节中使用多个马达配合齿轮以驱动中空轴转动，可以有效提升中空轴的输出扭力，并降低减速的幅度。当机械关节从高速运转到停止时，马达又可分为正向出力输出马达与负向出力输出马达，用以减少机械关节从高速运转到停止时背隙的影响。使用者更可依照不同的需求，调整马达的数量，即可改变机械关节的中空轴的扭力与转速。编码器与数字处理驱动单元位于同一平面上，可有效节省机械关节的空间配置。

附图说明

图1绘示本发明的机械关节一实施例的透视图。

图2绘示本发明的机械关节另一实施例的电路示意图。

图3绘示本发明的机械关节再一实施例的电路示意图。

图4绘示图2中的机械关节的上视图。

图5为本发明的机械关节中驱动电路的示意图。

图6A与图6B分别绘示本发明的机械关节中马达排列不同实施例的上视图。

图7绘示应用本发明的机械关节的机械手臂一实施例的外观示意图。

图8A为图7中第一机械关节的剖面示意图。

图8B为图7中第二机械关节的剖面示意图。

其中，附图标记说明如下：

100：机械关节

101：上臂

102：下臂

110：壳体

112：第一空穴

114：第二空穴

120：中空轴

130：第一齿轮

140、140a、140b、140c、140d、140e、140f：马达

142：定子

144：转子

146：转轴

150：第二齿轮

160：轴承

162：端盖

170：编码器

180：数字处理驱动单元

182a、182b：驱动元件

184：整流器

186：直流电源上的电容

200：机械手臂

210：第一机械关节

220：第一中空轴

222：第一齿轮

230：第一马达

232：第二齿轮

233：转轴

234：第一编码器

236：第一数字处理驱动单元

250：第二机械关节

260：第二中空轴

262：第三齿轮

270：第二马达

272：第四齿轮

273：转轴

274：第二编码器

276：第二数字处理驱动单元

280：连接结构

290：功能性结构

具体实施方式

以下将以图式及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

参照图1，其绘示本发明的机械关节一实施例的透视图。机械关节100包含一壳体110、一中空轴120、一第一齿轮130、多个马达140以及多个第二齿轮150。壳体110包含有用以容置中空轴120的一第一空穴112与用以容置马达140的多个第二空穴114，第二空穴114为围绕第一空穴112设置。第一空穴112与第二空穴114的截面形状为圆形，第一空穴112的截面积大于第二空穴114的截面积。中空轴120设置于第一空穴112中，且第一齿轮130固定于中空轴120上。

于本较佳实施例中，中空轴120两端更分别与机械手臂的上臂101与下臂102连接，以通过中空轴120的转动使得上臂101相对于下臂102移动。机械手臂的线材可以通过中空轴120，但本发明不限于此种上下臂连接方式。

多个马达140围绕中空轴120设置，所述多个马达140一对一地容置于第二空穴114之中。更具体地说，马达140包含有定子142以及转子144，定子142固定设置于第二空穴114之中。机械关节100还包含有具有轴承160的端盖162，端盖162套设于壳体110，通过端盖162上的轴承160定位马达140的转子144，使转子144能被定位并于定子142中转动。

第一齿轮130为固定于中空轴120上，以与中空轴120连动。第一齿轮130与中空轴120可为一体成形。所述多个第二齿轮150分别固定于所述多个马达140的转子144的转轴146上，如此一来，所述多个第二齿轮150便分别与所述多个转子144连动。第一齿轮130的齿数大于第二齿轮150的齿数。第一齿轮130更与所述多个第二齿轮150啮合，所述多个马达140转动以带动与其相连的第二齿轮150，而第二齿轮150带动与其啮合的第一齿轮130，使得第一齿轮130随着第二齿轮150转动，进而带动与第一齿轮130连接的中空轴120转动。

换言之，机械关节100透过第一齿轮130与第二齿轮150的设计，可以通过马达140驱动中空轴120转动，于一较佳实施例中，依据马达转速以及齿轮比设计，第二齿轮150的转速为齿轮130的转速乘以两者齿轮比的倍数。

于本较佳实施例中，机械关节100还包含有一编码器170，编码器170设置于所述多个马达140的其中一者，如马达140a的下方，即马达140a相对于第二齿轮150的一侧。当在组装各个马达140(包含马达140a)于壳体110中时，可以预先定位各个马达140中的转子144的角度，使得所述多个马达140之间具有固定关系的电气角。如此一来，通过单一一个编码器170所侦测到的马达140a的转速与当前角度，便可以换算出其他马达140的转速与转子当前角度。

机械关节100还包含一数字处理驱动单元180，数字处理驱动单元180设置于壳体110中。为了节省整体厚度，数字处理驱动单元180较佳地为与编码器170位于同一高度，举例而言，数字处理驱动单元180可以具有中空结构或是C型，用以避开编码器170的设置位置。

编码器170所侦测到的信号系回传至数字处理驱动单元180中。由于所述多个马达140之间已经预先定位具有相同的电气角，故数字处理驱动单元180可以依据单一编码器170所提供的角度信号来分别产生驱动序号，进一步控制所有的马达140。更甚者，若是数字处理驱动单元180搭配多个驱动元件，则可以使得所述多个马达140以两组以上的模式进行转动。

机械关节100利用多个马达140驱动中空轴120，可以有效在提升扭力的同时而不过分降低转速。举例而言，传统中马达140为一对一地驱动中空轴120，若是齿轮比为50，扭力虽然提升为原来的50倍，但是转速也变为原来的1/50。而本实施例中当四个马达140同时作正向出力驱动中空轴120时，齿轮比为10，即可以将扭力提升为原来的40倍，转速仅降低为原来的1/10。

机械关节100多应用在机械手臂中，以执行如组装、搬运、喷漆、焊接等工作，因此，机械手臂常会需要在高速行进至接近一预定位置后急速停止。机械关节100中的马达140的运转模式可以经由设计，以减少从高速行进至停止时齿轮背隙(backlash)的产生。通过减少背隙的产生，可以有效提升使用机械关节100的机械手臂定位的精确度。关于如何减少机械关节100的背隙，以下将以实施例具体说明。

在以下实施方式中，上述实施方式已经提过的机械关节的细节将不再赘述，仅针对与马达运转模式相关的部分进行说明，合先叙明。

参照图2，其绘示本发明的机械关节另一实施例的电路示意图。机械关节100中包含有数字处理驱动单元180、第一驱动元件182a、第二驱动元件182b，以及四个马达140a、140b、140c、140d。其中第一驱动元件182a连接数字处理驱动单元180及并联的马达140a、140c，第二驱动元件182b连接数字处理驱动单元180及并联的马达140b、140d。于本较佳实施例中，马达140a、140b、140c、140d为三相马达。

编码器170安装于马达140a的下方，用以侦测马达140a的转速与转子位置。编码器170所侦测到的信号系回传至数字处理驱动单元180，使得数字处理驱动单元180可以根据编码器170所提供的马达140a的转速与转子位置，驱动与其具有相同或是相应电气角的其他马达140b、140c、140d。数字处理驱动单元180所发出的驱动信号系分别传送至第一驱动元件182a与第二驱动元件182b，再经由第一驱动元件182a与第二驱动元件182b分别控制马达140a、140c以及马达140b、140d的输出，使得马达140a、140c以及马达140b、140d可以执行相同或是不同的运转模式。

举例而言，若是数字处理驱动单元180的输出命令为Tcmd，分发至正向出力输出马达140a、140c的命令为Tma、Tmc，分发至负向出力输出马达140b、140d的命令为Tmb、Tmd。

当Tcmd>0(正向)时，

Tma=Tmc=(Tcmd+To)/2；

Tmb=Tmd=-To/2；

当Tcmd<0(负向)时，

Tma=Tmc=-To/2；

Tmb=Tmd=(Tcmd+To)/2，其中To为一保持力定值。

当因应转速命令而得的转矩命令，若为正向，那么正向出力马达将被要求转矩命令加上保持力定值，而负向出力马达则被要求一负向的保持力定值。这保持力定值用以使第二齿轮150夹住第一齿轮130。

参照图3，其绘示本发明的机械关节再一实施例的电路示意图。数字处理驱动单元180中包含有转速命令元件181、转换元件183、第一转矩命令元件185a与第二转矩命令元件185b。转速命令元件181可以接收马达140a的当前转速，以提供一转速命令Tspd。此转速命令Tspd被传送至转换元件183，转换元件183将转速命令Tspd转换为第一转矩命令T1与第二转矩命令T2。第一转矩命令元件185a接收到第一转矩命令T1后，将第一转矩命令T1转换为第一驱动信号而传送至第一驱动元件182a，使得第一驱动元件182a根据第一驱动信号驱动马达140a、140c。第二转矩命令元件185b接收到第二转矩命令T2后，将第二转矩命令T2转换为第二驱动信号而传送至第二驱动元件182b，使得第二驱动元件182b根据第二驱动信号驱动马达140b、140d。第一驱动信号与第二驱动信号可以相同或是不同。

请同时参照图2与图4，其中图4为绘示图2中的机械关节100的上视图。机械关节100中包含有四个马达140a、140b、140c、140d，其中马达140a、140b、140c、140d为依序按照顺时针排列于中空轴120外围。马达140a、140b、140c、140d上分别连接有第二齿轮150，以与中空轴120上的第一齿轮130啮合，以通过马达140a、140b、140c、140d的转动驱动中空轴120旋转。

当机械关节100进行高速移动时，所有的马达140a、140b、140c、140d均进行正向出力或负向出力输出。而当机械关节100进行减速时，为了减少背隙的产生，马达140a、140b、140c、140d可以被分为正向出力输出马达以及负向出力输出马达两组，于本较佳实施例中，其中马达140a、140c为正向出力输出马达，马达140b、140d为负向出力输出马达，数字处理驱动单元180通过两驱动元件182a、182b分别驱动正向出力输出马达140a、140c以及负向出力马达140b、140d。如此一来，与马达140a、140b、140c、140d连动的第二齿轮150也会呈现两组不同的出力方向，通过两组不同出力方向的第二齿轮150夹住第一齿轮130，便可降低背隙的影响。

另外，请同时参照图5，其为本发明的机械关节中驱动电路的示意图。交流电源进入整流器184后被转换为直流电源使用，因为正向出力输出马达140a、140c与负向出力输出马达140b、140d的间会共用直流电源上的电容186(DC-bus电容)。因此，正向出力输出马达140a、140c与负向出力输出马达140b、140d可通过该直流电源上的电容186进行能量补偿。具体来说，正向出力输出马达140a、140c与负向出力输出马达140b、140d可以根据中空轴120的转动状态，又被区分为对中空轴120作正功的正功马达，以及对中空轴120做负功的负功马达，其中负功马达所反馈的能量储存于直流电源上的电容186中以供予正功马达使用。

需注意的是，此处所指的正功马达与负功马达不一定直接对应于正向出力输出马达140a、140c与负向出力输出马达140b、140d，需根据正向出力输出马达140a、140c、负向出力输出马达140b、140d与中空轴120之间的转动关系决定。举例来说，若是中空轴120顺时针等速或加速转动，则正向出力输出马达140a、140c为正功马达，负向出力输出马达140b、140d为负功马达；若是中空轴120逆时针等速或加速转动，则正向出力输出马达140a、140c为负功马达，负向出力输出马达140b、140d为正功马达；若是中空轴120顺时针减速转向逆时针转动，则转向过程中，正向出力输出马达140a、140c为负功马达，负向出力输出马达140b、140d为正功马达；若是中空轴120逆时针减速转向顺时针转动，则转向过程中，正向出力输出马达140a、140c为正功马达，负向出力输出马达140b、140d为负功马达。

需注意的是，虽然本实施例中的正向出力马达140a、140c与负向出力马达140b、140d为间隔排列，但是正向出力马达140a、140c与负向出力马达140b、140d可以任意排列，只要正向出力马达与负向出力马达的数量相同即可。

同时参照图3与图4，当第一驱动元件182a与第二动元件182b分别驱动正向出力马达140a、140c与负向出力马达140b、140d时，若是第一转矩命令与第二转矩命令为正向时，第一驱动命令为第一转矩命令加上保持力定值后除以二，第二驱动命令为负的保持力定值除以二。若是第一转矩命令与第二转矩命令为负向时，第二驱动命令为第二转矩命令加上保持力定值后除以二，第一驱动命令为负的保持力定值除以二。

参照图6A与图6B，其分别绘示本发明的机械关节中马达排列不同实施例的上视图。图6A中，正向出力马达140e的数量与负向出力马达140f的数量相同，均为三个。其中正向出力马达140e位于中空轴120的同一侧，而负向出力马达140f位于中空轴120的另一侧。图6B中，正向出力马达140e的数量与负向出力马达140f的数量相同，均为四个。正向出力马达140e与负向出力马达140f为围绕中空轴120随意地设置。

参照图7，其绘示应用本发明的机械关节的机械手臂一实施例的外观示意图。机械手臂200中至少包含有第一机械关节210、第二机械关节250及连接结构280。连接结构280用以连接第一机械关节210与第二机械关节250。此机械手臂200为安装于底座上，其末端可以连接有功能性结构290，如夹爪或是焊枪等。其中第一机械关节210为设置于机械手臂200的底部，第二机械关节250则是连接功能性结构290。第一机械关节210是位于底部，因此需要提供较大的扭力，而第二机械关节250由于靠近端部，因此需要有较小的尺寸。为了满足不同设置位置的需求，第一机械关节210与第二机械关节250较佳地可以具有不同的规格。

参照图8A与图8B，其中图8A为图7中第一机械关节210的剖面示意图，图8B为图7中第二机械关节250的剖面示意图。

图8A中，设置于底部的第一机械关节210包含有一第一中空轴220、一第一齿轮222、多个第一马达230、多个第二齿轮232、一第一编码器234以及一第一数字处理驱动单元236。其中第一齿轮222固定于第一中空轴220。第一马达230围绕着第一中空轴220设置。第一马达230均具有固定关系的电气角，每一个第一马达230包含有一转轴233。第一齿轮222的齿数大于第二齿轮232的齿数。第二齿轮232固定于马达的转轴233上，并与第一齿轮222啮合，以通过第一马达230驱动第一中空轴220转动。第一编码器234设置于其中一个第一马达230相对于第二齿轮232的一侧。第一数字处理驱动单元236位于第一马达230相对于第二齿轮232的一侧，第一编码器234侦测的信号回传至第一数字处理驱动单元236中。

图8B中，设置于端部的第二机械关节250包含有一第二中空轴260、一第三齿轮262、多个第二马达270、多个第四齿轮272、一第二编码器274以及一第二数字处理驱动单元276。其中第三齿轮262固定于第二中空轴260。第二马达270围绕着第二中空轴260设置。第二马达270均具有固定关系的电气角，每一个第二马达270包含有一转轴273。第三齿轮262的齿数大于第四齿轮272的齿数。第四齿轮272固定于转轴273上，并与第三齿轮262啮合，以通过第二马达270驱动第二中空轴260转动。第二编码器274设置于其中一个第二马达270相对于第四齿轮272的一侧。第二数字处理驱动单元276位于第二马达270相对于第四齿轮272的一侧，第二编码器274的信号回传至第二数字处理驱动单元276中。

如前所述，位于底部的第一机械关节210与位于端部的第二机械关节250分别具有不同的需求。位于底部的第一机械关节210需要有较大的扭力，并容许具有较大的尺寸，因此，第一机械关节210中可设置有较多的第一马达230。如此一来，随着齿轮比的加大，其扭力也随之提升，满足底部的第一机械关节210低转速、高扭力的需求。

相对地，位于端部的第二机械关节250则是需要轻量化，小尺寸的特性，因此，第二机械关节250中所配置的第二马达270的数量较少，即第一马达230的数量大于第二马达270的数量。由于第二机械关节250中摆放的第二马达270的数量较少，自然地，第二机械关节250便具有轻量化、低扭力的特性，恰好符合机械手臂的设计需求。

第一马达230与第二马达270可以为尺寸相同的马达，以实现元件标准化进而节省成本的目的，并可便于组装或是拆装。第一马达230或第二马达270围绕第一中空轴220或是第二中空轴260设置，形成马达圆形阵列。使用者可以依照实际需求调整马达圆形阵列中的马达数量，即可达到调整转速以及扭力输出的作用。

由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有下列优点。机械关节中使用多个马达配合齿轮以驱动中空轴转动，可以有效提升中空轴的输出扭力，并降低减速的幅度。当机械关节从高速运转到停止时，马达又可分为正向出力输出马达与负向出力输出马达，用以减少机械关节从高速运转到停止时背隙的影响。使用者更可依照机械关节位置不同的需求，利用调整马达的数量，改变机械关节的中空轴的扭力与转速。另外，编码器与数字处理驱动单元位于同一平面上，也可有效节省机械关节的空间配置。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种机械关节，应用于一机械手臂中，该机械关节包含：

一中空轴；

一第一齿轮，固定于该中空轴；

多个马达，围绕该中空轴设置，每一所述马达分别具有一转轴；

多个第二齿轮，分别固定于所述多个转轴并与该第一齿轮啮合，所述多个马达驱动所述多个第二齿轮以使该中空轴转动；

一编码器，设置于所述多个马达其中一者且相对于所述多个第二齿轮的一侧；以及

一数字处理驱动单元，该编码器的信号回传至该数字处理驱动单元，并根据该信号驱动所述多个马达，其中该数字处理驱动单元与该编码器位于同一平面。

2.如权利要求1所述的机械关节，所述多个马达可同时一齐正向出力输出或一齐负向出力输出。

3.如权利要求1所述的机械关节，还包含一第一驱动元件与一第二驱动元件，所述多个马达包含多个正向出力输出马达与多个负向出力输出马达，该第一驱动元件连接该数字处理驱动单元与所述多个正向出力输出马达，该第二驱动元件连接该数字处理驱动单元与所述多个负向出力输出马达。

4.如权利要求3所述的机械关节，该数字处理驱动单元包含：

一转速命令元件，用以提供一转速命令；

一转换元件，用以将该转速命令转换为第一转矩命令与一第二转矩命令；

一第一转矩命令元件，用以接收该第一转矩命令并将该第一转矩命令转换为第一驱动命令传送至该第一驱动元件，以控制所述多个正向出力输出马达；以及

一第二转矩命令元件，用以接收该第二转矩命令并将该第二转矩命令转换为第二驱动命令传送至该第二驱动元件，以控制所述多个负向出力输出马达。

5.如权利要求4所述的机械关节，其中该第一转矩命令与该第二转矩命令为正向时，该第一驱动命令为该第一转矩命令加上一保持力定值后除以二，该第二驱动命令为负的该保持力定值除以二。

6.如权利要求4所述的机械关节，其中该第一转矩命令与该第二转矩命令为负向时，该第二驱动命令为该第二转矩命令加上一保持力定值后除以二，该第一驱动命令为负的该保持力定值除以二。

7.如权利要求4所述的机械关节，其中所述多个正向出力输出马达与所述多个负向出力输出马达共用一直流电源上的电容，所述多个正向出力输出马达与所述多个负向出力输出马达包含对该中空轴作正功的多个正功马达，以及对该中空轴做负功的多个负功马达，所述多个负功马达所反馈的能量储存于该直流电源上的电容中以供予所述多个正功马达使用。

8.如权利要求1所述的机械关节，其中所述多个马达具有固定关系的电气角。

9.一种机械手臂，包含：一第一机械关节、一功能性结构、一第二机械关节与一连接结构；

该第一机械关节，设置于一底部，包含：

一第一中空轴；

一第一齿轮，固定于该第一中空轴；

多个第一马达，围绕该第一中空轴设置，其中所述多个第一马达具有固定关系的电气角，每一所述多个第一马达分别具有一转轴；

多个第二齿轮，分别固定于所述多个转轴并与该第一齿轮啮合，所述多个第一马达驱动所述多个第二齿轮以使该第一中空轴转动；

一第一编码器，设置于所述多个第一马达其中一者且相对于所述多个第二齿轮的一侧；以及

一第一数字处理驱动单元，该第一编码器的信号系回传至该第一数字处理驱动单元，并根据该信号驱动所述多个第一马达，其中该第一数字处理驱动单元与该第一编码器位于同一平面；

该第二机械关节，连接该功能性结构，包含：

一第二中空轴；

一第三齿轮，固定于该第二中空轴；

多个第二马达，围绕该第二中空轴设置，其中所述多个第二马达具有固定关系的电气角，每一所述多个第二马达分别具有一转轴；

多个第四齿轮，分别固定于所述多个转轴并与该第三齿轮啮合，所述多个第二马达驱动所述多个第四齿轮以使该第二中空轴转动；

一第二编码器，设置于所述多个第二马达其中一者且相对于所述多个第四齿轮的一侧；以及

一第二数字处理驱动单元，该第二编码器的信号回传至该第二数字处理驱动单元，并根据该信号驱动所述多个第二马达，其中该第二数字处理驱动单元与该第二编码器位于同一平面；以及

该连接结构连接该第一机械关节与该第二机械关节；

其中所述多个第一马达的数量大于所述多个第二马达的数量。

10.如权利要求9所述的机械手臂，其中该第一齿轮的齿数大于所述多个第二齿轮的齿数，该第三齿轮的齿数大于所述多个第四齿轮的齿数。

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