CN107717981A - 机械手臂的控制装置及其教导系统与方法 - Google Patents

机械手臂的控制装置及其教导系统与方法 Download PDF

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Abstract

一种机械手臂的控制装置，包括一压力感测模块以及一控制模块。压力感测模块设置于一机械手臂的一操作部上，压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于触碰感应表面上的一操作指令。控制模块用以接收压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至机械手臂，以响应操作指令。触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系，且控制模块根据操作指令的触碰位置，控制机械手臂平移或旋转运动。

Description

机械手臂的控制装置及其教导系统与方法
技术领域
本发明是有关于一种机械手臂，且特别是有关于一种机械手臂的控制装置及其教导系统与方法。
背景技术
在传统的制造或装配自动化工厂中，机器人或机械手臂由关节马达控制器控制，以进行相对应的关节马达的运动。同时各关节马达也会传输坐标信号至机械手臂控制模块以进行坐标整合并运算成一绝对坐标信息，且绝对坐标信息会被同步显示于用户接口，以供用户判断机械手臂的运行状态是否符合预期。然而，当机械手臂的运行状态不符合预期时，使用者通常只能从程序语言或应用程序上修改指令，并根据指令一而再、再而三的修改机械手臂的动作路径。如此繁杂的工作不仅耗时，且缺少直觉式的编程能力。亦即，机械手臂与使用者之间缺少直觉式的输入接口，且以往的编程系统无法让用户根据直觉式的操作来修改或训练机械手臂的动作路径，是目前机械手臂设计及制造生产上仍需要去克服的问题。
发明内容
本发明有关于一种机械手臂的控制装置及其教导系统与方法，可供操作人员根据直觉式的操作来修改或训练机械手臂的动作路径，以达到直觉式控制。
本发明有关于一种机械手臂的控制装置及其教导系统与方法，可供操作人员弹性地调整机械手臂的顺应程度，并可徒手直接教导机械手臂以进行关节姿态控制(粗定位教导)及/或机械手臂端部位置控制(细定位教导)。
根据本发明的一方面，提出一种机械手臂的控制装置，包括一压力感测模块以及一控制模块。压力感测模块设置于一机械手臂的一操作部上，压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于触碰感应表面上的一操作指令。控制模块用以接收压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至机械手臂，以响应操作指令。触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系，且控制模块根据操作指令的触碰位置，控制机械手臂平移或旋转运动。
根据本发明的一方面，提出一种机械手臂的教导系统，包括一压力感测模块以及一控制模块。压力感测模块设置于一机械手臂的一操作部上，压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于触碰感应表面上的一操作指令。触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系。控制模块用以接收压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至机械手臂，以响应操作指令，其中控制模块包括一关节马达控制器、一模式切换模块以及多个关节马达编码器。关节马达控制器根据操作指令产生一组使机械手臂的端部平移运动或旋转运动的马达扭力信号，且控制模块根据操作指令的触碰位置，控制机械手臂平移或旋转运动。模式切换模块用以切换机械手臂的操作模式，机械手臂的操作模式包括一顺应教导模式以及一触碰操作模式。关节马达编码器设置于机械手臂的关节处，此些关节马达编码器于顺应教导模式下根据机械手臂的移动轨迹产生一组关节角度信号。
根据本发明的一方面，提出一种对机械手臂进行直接教导的方法，包括下列步骤。对一机械手臂进行初始化，并输出一马达驱动信号至机械手臂。记录机械手臂的移动轨迹，以得知机械手臂的目前位置及姿态。当机械手臂的移动轨迹偏离一目标位置时，切换机械手臂的操作模式，此操作模式包括一顺应教导模式以及一触控操作模式，其中，在触控操作模式下，通过来自一压力感测模块的操作指令对机械手臂进行机械手臂端部位置控制；在顺应教导模式下，徒手对机械手臂进行关节姿态控制；以及通过对机械手臂的端部位置控制，或先通过对机械手臂的端部位置控制再进行关节姿态控制，或先通过对机械手臂进行关节姿态控制再进行端部位置控制，修正机械手臂的移动轨迹。结束记录机械手臂的移动轨迹。重现机械手臂的教导轨迹，以移动机械手臂至目标位置。
为了对本发明的上述及其他方面有更好的了解，下文特举诸项实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1绘示应用于本发明的机械手臂的控制装置中的压力感测模块的示意图。
图2绘示一具有徒手教导功能的机械手臂的示意图。
图3A及图3B绘示压力感测模块设置于机械手臂的端部的示意图及展开示意图。
图4A至图4D分别绘示端部进行徒手教导以对应产生平移运动或旋转运动的参考示意图。
图5绘示操作人员对机械手臂进行徒手教导的示意图。
图6绘示依照本发明一实施例的机械手臂的教导系统的方块图。
图7绘示对机械手臂进行力矩补偿的示意图。
图8绘示依照本发明一实施例的对机械手臂进行直接教导的流程图。
附图标记说明：
100：控制装置
101：机械手臂
102：关节马达
103：前臂
104：后臂
105：操作部
106：握持部
107：支架
108：端部
108a：圆柱体
109：机械工具
110：压力感测模块
111：压力感测元件
112：触碰感应表面
112a：第一环状触碰感应区
112b：第二环状触碰感应区
113：阵列电路
114：第一线路
115：第二线路
116：电极层
117：压力感测层
118：下电极层
130：控制模块
132：关节马达控制器
133：重力补偿器
134：模式切换模块
135：摩擦力补偿器
136：关节马达编码器
138：教导控制器
140：教导系统
A1～A8：感测区域
P、P1、P2：触碰点
fy：Y轴向上的分量
fx：X轴向上的分量
F：作用力
C1、C2：拖曳轨迹
Ry、Rx：力矩
τg：重力补偿力矩
τF：摩擦力补偿力矩
S11～S18：步骤
具体实施方式
以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限定本发明欲保护的范围。
请参照图1及图2，根据本发明一实施例的机械手臂101的控制装置100包括一压力感测模块110以及一控制模块130。压力感测模块110设置于一机械手臂101的操作部105上，如图3A，且压力感测模块110具有一触碰感应表面112，用以侦测施加于触碰感应表面112上的一操作指令。此外，控制模块130用以接收压力感测模块110输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至机械手臂101，以响应操作指令。
请参照图1及图3A，压力感测模块110包括多个以阵列排列并且相互连接的压力感测元件111，以形成一触碰感应表面112。每一个压力感测元件111具有一上电极层116、一压力感测层117以及一下电极层118，且压力感测层117位于上电极层116与下电极层118之间。每一个压力感测元件111可作为一触碰点P，当压力感测层117受压而导通于上电极层116与下电极层118之间时，可借由连接各压力感测元件111的阵列电路113传输至控制模块130，以供控制模块130判断触碰点P的坐标或所在的触碰区域，进而驱动机械手臂101，以响应操作指令。
在一实施例中，阵列电路113可包括多条沿着X轴向平行排列的第一线路114以及多条沿着Y轴方向平行排列的第二线路115，每一条第一线路114电性连接沿着X轴向直线排列的压力感测元件111的上电极层116，而每一条第二线路115电性连接沿着Y轴向直线排列的压力感测元件111的下电极层118，以形成一触碰感应表面112。当然，以其他触碰感应技术或近接感应技术所形成的触碰感应表面112亦可应用在本发明的控制装置100中，本发明不以此为限。
压力感测模块110可侦测一物体是否触碰机械手臂101。此物体例如是操作人员或与机械手臂101偕同运作的机器。压力感测模块110可与机械手臂101机电整合，以做为机械手臂101的触觉皮肤。此外，控制模块130可经由机械手臂101内部的信号线与压力感测模块110电性连接，或经由无线传输的方式接收压力感测模块110输出的信号。
举例来说，当操作人员以手指触碰压力感测模块110时，压力感测模块110根据施加于触碰感应表面112上的一操作指令产生一压力感测信号，此压力感测信号经由控制模块130转换成用以控制机械手臂101的端部108平移及/或旋转的马达驱动信号。此外，马达驱动信号的运动参数(位移量及旋转量)可由单一触碰点P产生的平移信号或旋转信号来决定，或由多个触碰点P组合产生的平移信号或旋转信号来决定，或由上述两者的组合来决定，进而控制机械手臂101的各关节马达102、前臂103及后臂104产生水平移动、垂直移动、向前伸展、向后倒退、向上抬升、向下降低或旋转运动等。
请参照图2，压力感测模块110设置于一机械手臂101的操作部105上。在一实施例中，操作部105例如位于机械手臂101的前臂103的最前端，其具有一可供操作人员握持的握持部106、一用以放置机械工具109的支架107以及一用以设置压力感测模块110的端部108。然而，在另一实施例中，压力感测模块110亦可设置于容易触碰的任一部位，例如前臂103的外表面或后臂104的外表面上，但本发明对此不加以限制。
请参照图3A，触碰感应表面112例如弯曲为一曲面，而用以设置压力感测模块110的端部108例如为一圆柱体108a，且触碰感应表面112位于圆柱体108a的圆周表面上，以形成一个以圆柱体108a的中心为圆心、圆柱体108a的半径为距离、Z轴为轴向长度的三度空间极坐标系，用以定义触碰感应表面112上任一触碰点P的坐标。在一实施例中，触碰感应表面112可完整包覆端部108，或局部包覆端部108，或者触碰感应表面112可分为多个独立的感测区域，每一个独立感测区域贴附在不同的方位上，并一起围绕在端部108的周围表面以形成一环状感测区域或其他形状，本发明对此不加以限制。
请参照图3B，在一实施例中，触碰感应表面112展开来之后，可依照操作模式区分为第一环状触碰感应区112a以及第二环状触碰感应区112b。第一环状触碰感应区112a可区分多个感测区域A1～A8，例如4～12个或更多，本实施例以8个为范例。第二环状触碰感应区112b可区分多个感测区域A1～A8，例如4～12个或更多，本实施例以8个为范例。每个感测区域A1～A8位于圆柱体108a的不同方位(例如上、下、左、右、左上、右上、左下、右下)上，以将圆柱体108a的圆周表面的坐标加以定义，进而方便计算施加于感测区域A1～A8上的作用力的方位及坐标。
第一环状触碰感应区112a用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，也就是说，当侦测到施加于第一环状触碰感应区112a上的操作指令时，控制模块130可控制机械手臂101的端部108进行平移运动。此外，第二环状触碰感应区112b用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系，也就是说，当侦测到施加于第二环状触碰感应区112b上的操作指令时，控制模块130可控制机械手臂101的端部108进行旋转运动。
因此，在图4A及图4B中，机械手臂101的端部108可根据施加于第一环状触碰感应区112a上的单一触碰点P的坐标(或方位)，产生相对于圆柱体108a的轴线(即Z轴)垂直的一维或二维的平移运动，或可根据施加于第一环状触碰感应区112a上的至少两个触碰点P各自形成的拖曳轨迹，产生沿着圆柱体108a的轴线(即Z轴)的平移运动。例如，以多根手指(例如两个，亦可三个或四个)同时且持续按压在端部108上，并控制各手指同时平行移动或旋转以产生多个等长度的由A点移动到B点的拖曳轨迹，此时，控制模块130可根据由A点到B点的移动向量或旋转角度来控制端部108沿着Z轴平移运动。
请参照图4A，在一平移运动模式下，当侦测到施加于第一环状触碰感应区112a上的一操作指令(例如单一触碰动作)时，此触碰坐标上的作用力F于X轴向上的分量为fx，于Y轴向上的分量为fy。因此，端部108根据X轴向上的分量fx产生于X轴向上的平移，且端部108根据Y轴向上的分量fy产生于Y轴向上的平移，因此端部108可产生二维的平移运动。当作用力于X轴向上的分量fx为零或于Y轴向上的分量fy为零时，端部108只会有一维的平移运动。
接着，请参照图4B，在一平移运动模式下，当侦测到施加于第一环状触碰感应区112a上的操作指令(例如两个触碰动作)时，根据两个手指同时持续按压与旋转以产生施加于第一环状触碰感应区112a上的两个触碰点P1、P2各自形成的等长度拖曳轨迹，可控制端部108产生沿着圆柱体108a的轴线(即Z轴)的平移运动。例如，若以顺时钟方向产生拖曳轨迹C1时，可控制端部108产生沿着+Z轴向的平移；若以逆时钟方向产生拖曳轨迹C2时，可控制端部108产生沿着-Z轴向的平移。在本实施例中，以两个手指同时且持续按压在端部108上做说明，但不限于此，亦可以三个或四个手指同时且持续按压。
此外，请参照图4C及图4D，机械手臂101的端部108可根据施加于第二环状触碰感应区112b上的一触碰点P的坐标，产生相对于垂直圆柱体108a的轴线(即Z轴)的一维或二维坐标轴(X轴及/或Y轴)旋转的旋转运动，或根据施加于第二环状触碰感应区112b上的两个触碰点P1、P2各自形成的等长度拖曳轨迹，产生相对于圆柱体108a的轴线(即Z轴)旋转的旋转运动。例如，以多根手指(例如两个，亦可三个或四个)同时且持续按压在端部108上，并控制各手指同时平行移动或旋转以产生多个等长度的由A点移动到B点的拖曳轨迹，此时，控制模块130可根据由A点到B点的移动向量或旋转角度来控制端部108绕着Z轴旋转运动。
请参照图4C，在一旋转运动模式中，当侦测到施加于第二环状触碰感应区112b上的一操作指令(例如单一触碰动作)时，此触碰坐标上的作用力F于X轴向上的分量为fx，于Y轴向上的分量为fy。因此，端部108可根据X轴向上的分量fx产生绕着Y轴向旋转的力矩Ry，且端部108可根据Y轴向上的分量fy产生绕着X轴向旋转的力矩Rx，因此端部108可产生二维的旋转运动。当作用力于X轴向上的分量fx为零或于Y轴向上的分量fy为零时，端部108只会绕着一维坐标轴旋转。
请参照图4D，在一旋转运动模式下，当侦测到施加于第二环状触碰感应区112b上的操作指令(例如两个触碰动作)时，根据两个手指同时持续按压与旋转以产生施加于第二环状触碰感应区112b上的两个触碰点P1、P2各自形成的拖曳轨迹，可控制端部108产生相对于圆柱体108a的轴线(即Z轴)旋转的旋转运动。例如，若以顺时钟方向产生拖曳轨迹C1时，可控制端部108产生绕着Z轴向的顺时钟旋转；若以逆时钟方向产生拖曳轨迹C2时，可控制端部108产生绕着Z轴向的逆时钟旋转。在本实施例中，以两个手指同时且持续按压在端部108上做说明，但不限于此，亦可以三个或四个手指同时且持续按压。
请参照图5及图6，依照本发明一实施例的机械手臂101的教导系统140包括一压力感测模块110以及一控制模块130。压力感测模块110设置于一机械手臂101的操作部105上，且压力感测模块110具有一触碰感应表面112，用以侦测施加于触碰感应表面112上的一操作指令，有关压力感测模块110的细部内容请参照上述实施例，在此不再赘述。
请参照图6，控制模块130包括一关节马达控制器132、一模式切换模块134、至少一个关节马达编码器136以及一教导控制器138。图6中以一个关节马达编码器136为例说明。模式切换模块134用以切换机械手臂101的操作模式，以选择进入一触碰操作模式或一顺应教导模式。在触碰操作模式下，关节马达控制器132可根据来自压力感测模块110的操作指令产生一组使机械手臂101移动的马达扭力信号，以控制各关节马达102的扭力。此外，在顺应教导模式中，关节马达控制器132可根据来自关节马达编码器136的编码指令产生一组关节角度信号。触碰操作模式与顺应教导模式的差别在于：触碰操作模式可通过来自压力感测模块110的操作指令精确地控制端部108的位置，而顺应教导模式可通过徒手拉动机械手臂101以快速地移动机械手臂101到达预定的位置，也就是控制机械手臂101的关节姿态。因此，本发明的教导系统可通过触碰操作模式直接进行机械手臂101的端部位置控制(可称为细定位教导)，或者先通过顺应教导模式进行机械手臂101的关节姿态控制(可称为粗定位教导)，再通过触碰操作模式进行机械手臂101的端部位置的精确控制(细定位教导)，或者先进行机械手臂101的端部位置的精确控制(细定位教导)，再进行机械手臂101的关节姿态控制(粗定位教导)，本发明对此不加以限制，进而解决教导系统进行直接粗定位教导时遇到的定位精度不佳以及马达阻力过大以致无法达到机械手臂端部位置的精确控制(细定位)等问题。
此外，关节马达编码器136设置于机械手臂101的关节处，此些关节马达编码器136于顺应教导模式下根据机械手臂101的移动轨迹产生一组关节角度信号，以记录各关节的目前位置及姿态。另外，教导控制器138连接关节马达编码器136，且于顺应教导模式下储存关节马达编码器136产生的此组关节角度信号，亦可于触碰操作模式下储存各关节处的马达扭力信号，以记录教导点(即关节姿态)的坐标信息。当要重现机械手臂101的移动轨迹时，教导控制器138可将此组关节角度信号及马达扭力信号转换成使机械手臂101的移动轨迹重现的马达驱动信号。
请参照图5，也就是说，教导控制器138利用操作人员于进行机械手臂101教导时所产生的触碰感应信号(单点触碰信号或至少两点触碰点各自形成的拖曳信号)、编码器位置(关节角度信号)和教导点的坐标信息，并配合内建的机械手臂101数学模型以及物理参数(各关节的质心位置、质量、摩擦系数以及参考重力方向等)计算出对各关节马达102、前臂103或后臂104进行控制的输出指令，使操作人员能更直接地对机械手臂101进行教导，并能根据个别状况调整不同定位精度。同时，在直接教导过程中，教导控制器138储存教导点的坐标信息，这些教导点的坐标信息构成了机械手臂101的移动轨迹。因此，有了教导点的坐标信息，教导控制器138便可进一步产生规划好的教导路径，并驱动机械手臂101，使手臂端部108平顺地经过这些教导点。
此外，请参照图6及图7，关节马达控制器132还包括一重力补偿器133，重力补偿器133根据机械手臂101上每个关节的角度、每个手臂的重心到每个关节的重心的距离以及每个手臂的质量计算作用于每个手臂上的重力补偿力矩τg。另外，关节马达控制器132还包括一摩擦力补偿器135，摩擦力补偿器135可根据机械手臂101上每个关节的转动速度计算作用于每个关节上的摩擦力补偿力矩τF。因此，控制模块110可根据上述的重力补偿力矩τg及摩擦力补偿力矩τF来修正机械手臂101的各关节马达102的输出力矩τ。
当操作人员实际使用直接教导时，由于大部分机械手臂101各关节都存在阻力(惯量负载效应、摩擦力等)，操作人员往往必须施加较大的力量才能推动机器人，导致教导点无法细微化。虽然现有技术经由一些复杂或特殊的机构设计可解决阻力的问题，但却无法弹性化地调整教导时的顺应程度。因此，本发明的教导系统中结合了压力感测模块110以及关节马达编码器136以进行细定位和粗定位的教导，故可根据个别状况顺应教导机器人，使操作人员更省力，以提高人机协调作业时的细定位教导的便捷性。
请参照图8，根据本发明一实施例的对机械手臂101进行直接教导的方法包括下列步骤：在步骤S11中，对机械手臂101进行初始化，例如设定各关节马达102的惯性矩阵、重力矩、摩擦系数以及参考重力方向等参数及运动方程式，例如「牛顿·欧拉运动方程式」、「拉格朗日(Lagrangian)运动方程式」等，控制模块130可经由各关节马达102输出的惯性矩阵或重力矩计算出机械手臂101的目前位置及姿态，亦即机械手臂101的初始位置及姿态。在步骤S12中，记录机械手臂101的移动轨迹，并驱动机械手臂101的端部108至一目标位置。此时，控制模块130可根据运动参数(例如扭力及速度)设定机械手臂101的工作范围以及工作模式，并根据机械手臂101的工作模式，输出一马达驱动信号至机械手臂101。此外，控制模块130可判断机械手臂101的移动轨迹是否在一预定的动作路径上或偏离目标位置，若机械手臂101偏离目标位置，可选择进行下列教导步骤。在步骤S13中，若需对机械手臂101进行直接教导时，切换机械手臂101的操作模式至下列三种操作模式其中之一。在第一种操作模式(步骤S14)中，可通过来自压力感测模块110的操作指令控制机械手臂101，直接进行端部位置控制(细定位教导)，以修正机械手臂101的移动轨迹。在第二种操作模式(步骤S15)中，可先徒手移动机械手臂101到预定的位置，也就是控制机械手臂101的关节姿态(粗定位教导)，接着，再通过触碰操作进行机械手臂101端部位置的精确控制(细定位教导)，以修正机械手臂101的移动轨迹。另外，在第三种操作模式(步骤16)中，可先进行机械手臂101的端部位置控制(细定位教导)之后，再徒手进行关节姿态控制(粗定位教导)，以修正机械手臂101的移动轨迹。接着，在步骤S17中，当完成上述教导之后，结束记录机械手臂101的移动轨迹。此时，教导控制器138可储存操作人员于进行机械手臂101教导时所产生的触碰感应信号(单点触碰信号或至少两个触碰点各自形成的拖曳信号)、编码器位置(关节角度信号)和教导点的坐标信息。在步骤S18中，当要重现机械手臂101的教导轨迹时，教导控制器138可将刚才储存的信号转换成使机械手臂101的移动轨迹重现的马达驱动信号，以驱动机械手臂101至目标位置。
由上述的说明可知，操作人员可通过压力感测模块110给予机械手臂101移动的操作指令，并可通过控制模块130转化成机械手臂101各关节处所需的扭力值或对扭力值进行补偿(重力补偿力矩或摩擦力补偿力矩)，以供控制模块130控制各关节的位置及姿态，进而实现人与机械手臂101协作的工业应用。此外，本发明的教导系统及教导方法中结合了压力感测模块110以及关节马达编码器136以进行细定位和粗定位的教导，可供操作人员弹性地调整机械手臂101的顺应程度，进而解决教导系统进行直接教导时遇到的定位精度不佳以及马达阻力过大无法细定位等问题。
综上所述，虽然本发明已以诸项实施例揭露如上，然其并非用来限定本发明。本领域技术人员，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以权利要求书所界定者为准。

Claims (21)

1.一种机械手臂的控制装置，其特征在于，包括：
一压力感测模块，设置于一机械手臂的一操作部上，该压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于该触碰感应表面上的一操作指令，其中该触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，该第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而该第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系；以及
一控制模块，用以接收该压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至该机械手臂，以响应该操作指令，其中该控制模块根据该操作指令的触碰位置，控制该机械手臂平移或旋转运动。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中该压力感测模块包括多个以阵列排列并且相互连接的压力感测元件，每一压力感测元件具有一上电极层、一压力感测层以及一下电极层，且该压力感测层位于该上电极层与该下电极层之间。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其中该触碰感应表面弯曲为一曲面，且该操作部具有一端部，该触碰感应表面位于该端部的表面上。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其中该端部为一圆柱体，该第一触碰感应区与该第二触碰感应区环绕在该圆柱体的圆周表面。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其中该机械手臂的该端部根据施加于该第一触碰感应区上的单一触碰点的坐标，产生相对于该圆柱体的轴线垂直的一维或二维的平移运动，或根据施加于该第一触碰感应区上的至少两个触碰点各自形成的拖曳轨迹，产生沿着该圆柱体的轴线的平移运动。
6.根据权利要求4所述的控制装置，其中该机械手臂的该端部根据施加于该第二触碰感应区上的单一触碰点的坐标，产生相对于垂直该圆柱体的轴线的一维或二维坐标轴旋转的旋转运动，或根据施加于该第二触碰感应区上的至少两个触碰点各自形成的拖曳轨迹，产生相对于该圆柱体的轴线旋转的旋转运动。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其中该控制模块包括一关节马达控制器以及一模式切换模块，该模式切换模块用以切换该机械手臂的操作模式，该机械手臂的操作模式包括一顺应教导模式以及一触碰操作模式，在该触碰操作模式下，该关节马达控制器根据该操作指令产生一组使该机械手臂的该端部平移运动或旋转运动的马达扭力信号。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其中该控制模块包括至少一关节马达编码器，设置于该机械手臂的关节处，该关节马达编码器于该顺应教导模式下根据该机械手臂的移动轨迹产生一组关节角度信号。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其中该控制模块包括一教导控制器，该教导控制器于该顺应教导模式中储存该关节马达编码器产生的该组关节角度信号，且该教导控制器可将该组关节角度信号及该组马达扭力信号转换成使该机械手臂的移动轨迹重现的该马达驱动信号。
10.根据权利要求7所述的控制装置，其中该关节马达控制器还包括一重力补偿器，该重力补偿器根据该机械手臂上每个关节的角度、每个手臂的重心到每个关节的重心的距离以及每个手臂的质量计算作用于每个手臂上的重力补偿力矩。
11.根据权利要求7所述的控制装置，其中该关节马达控制器还包括一摩擦力补偿器，该摩擦力补偿器根据该机械手臂上每个关节的转动速度计算作用于每个关节上的摩擦力补偿力矩。
12.一种机械手臂的教导系统，其特征在于，包括：
一压力感测模块，设置于一机械手臂的一操作部上，该压力感测模块具有一触碰感应表面，用以侦测施加于该触碰感应表面上的一操作指令，其中该触碰感应表面包括一第一触碰感应区以及一第二触碰感应区，该第一触碰感应区用以定义满足一平移运动模式的第一参考坐标系，而该第二触碰感应区用以定义满足一旋转运动模式的第二参考坐标系；以及
一控制模块，用以接收该压力感测模块输出的至少一压力感测信号，并输出一马达驱动信号至该机械手臂，以响应该操作指令，其中该控制模块包括：
一关节马达控制器，该关节马达控制器根据该操作指令产生一组使该机械手臂平移运动或旋转运动的马达扭力信号；
一模式切换模块，用以切换该机械手臂的操作模式，该机械手臂的操作模式包括一顺应教导模式以及一触碰操作模式；以及
多个关节马达编码器，设置于该机械手臂的关节处，该些关节马达编码器于该顺应教导模式下根据该机械手臂的移动轨迹产生一组关节角度信号；
其中，该控制模块根据该操作指令的触碰位置，控制该机械手臂平移或旋转运动。
13.根据权利要求12所述的教导系统，其中该压力感测模块包括多个以阵列排列并且相互连接的压力感测元件，每一压力感测元件具有一上电极层、一压力感测层以及一下电极层，且该压力感测层位于该上电极层与该下电极层之间。
14.根据权利要求12所述的教导系统，其中该触碰感应表面为一曲面，且该操作部具有一端部，该曲面位于该端部的表面上。
15.根据权利要求14所述的教导系统，其中该端部为一圆柱体，该第一触碰感应区与该第二触碰感应区环绕在该圆柱体的圆周表面。
16.根据权利要求15所述的教导系统，其中该机械手臂的该端部根据施加于该第一触碰感应区上的单一触碰点的位置及方向，产生相对于该圆柱体的轴线垂直的一维或二维的平移运动，或根据施加于该第一触碰感应区上的至少两个触碰点各自形成的拖曳轨迹，产生沿着该圆柱体的轴线的平移运动。
17.根据权利要求15所述的教导系统，其中该机械手臂的该端部根据施加于该第二触碰感应区上的单一触碰点的位置及方向，产生相对于垂直该圆柱体的轴线的一维或二维坐标轴旋转的旋转运动，或根据施加于该环状触碰感应区上的至少两个触碰点各自形成的拖曳轨迹，产生相对于该轴线旋转的旋转运动。
18.根据权利要求14所述的教导系统，其中该控制模块还包括一教导控制器，该教导控制器于该顺应教导模式中储存该些关节马达编码器产生的该组关节角度信号，且该教导控制器可将该组关节角度信号转换成使该机械手臂的移动轨迹重现的该马达驱动信号。
19.根据权利要求14所述的教导系统，其中该关节马达控制器还包括一重力补偿器，该重力补偿器根据该机械手臂上每个关节的角度、每个手臂的重心到每个关节的重心的距离以及每个手臂的质量计算作用于每个手臂上的重力补偿力矩。
20.根据权利要求14所述的教导系统，其中该关节马达控制器还包括一摩擦力补偿器，该摩擦力补偿器根据该机械手臂上每个关节的转动速度计算作用于每个关节上的摩擦力补偿力矩。
21.一种对机械手臂进行直接教导的方法，其特征在于，包括：
对一机械手臂进行初始化，并输出一马达驱动信号至该机械手臂；
记录该机械手臂的移动轨迹，以得知该机械手臂的目前位置及姿态；
当该机械手臂的移动轨迹偏离一目标位置时，切换该机械手臂的操作模式，该操作模式包括一顺应教导模式以及一触控操作模式，其中，在该触控操作模式下，通过来自一压力感测模块的操作指令对该机械手臂进行机械手臂端部位置控制；
在该顺应教导模式下，徒手对该机械手臂进行关节姿态控制；
通过对该机械手臂的端部位置控制，或先通过对该机械手臂的端部位置控制再进行关节姿态控制，或先通过对该机械手臂进行关节姿态控制再进行端部位置控制，修正该机械手臂的移动轨迹；
结束记录该机械手臂的移动轨迹；以及
重现该机械手臂的教导轨迹，以移动该机械手臂至该目标位置。
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