[發明專利]力反饋設備變阻尼控制裝置及其控制方法

無效

• 申請號: 201410235029.8
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104007821A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 丑武勝;劉永;張旭龍;周懷東
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及用于實現人與計算機之間運動/力覺信息交互，再現操作過程中接觸力信息的力反饋設備的控制裝置及控制方法。?

背景技術

力反饋系統(haptic?rendering?system)，是一種計算機力覺感知/接口設備，該設備能夠通過控制發出的力/力矩的大小和方向提高操作人員控制作業的臨場感，同時利用自身攜帶的傳感器(如位置編碼器，力/力矩傳感器)向操作系統傳送當前的作業位置和受力情況。力反饋系統增強了人與計算機之間的耦合，方便了操作人員對信息的接受和處理，有利于提高操作過程的安全性和效率。當前現有的力反饋系統種類多達幾十乃至上百種，廣泛地應用于極端環境下的遙控作業、深空探測、遠程醫療、虛擬現實、柔性制造等領域。公知的力反饋系統從系統組成上可以分為機械部分和控制部分，其中的控制部分通過驅動電機帶動機械部分實現反饋力的輸出。因此，控制部分的控制策略關系到反饋力輸出能力和交互過程的操作臨場感。?

操作人員進行力交互過程中涉及到力反饋設備穩定性問題。然而，設備能否進行穩定交互不僅與控制策略相關，還與力反饋設備機械部分的阻尼相關。上述關系也稱為力反饋穩定輸出條件，可由如下不等式描述(參考非專利文獻一)：?

b>KT2---(1)]]>

其中：b——力反饋設備機構阻尼；?

K——反饋力渲染剛度；?

T——反饋力刷新頻率；?

由此可見，動態改變力反饋設備機構阻尼能更好的協調反饋力刷新頻率和反饋力渲染剛度之間的關系，是改善力反饋設備性能的一種新途徑。所以，強烈希望能夠實現一種具備機構阻尼調節能力的力反饋設備的控制裝置。?

非專利文獻?

【非專利文獻一】Adams?R?J,Hannaford?B.Stable?haptic?interaction?with?virtual?environments[J].Robotics?and?Automation,IEEE?Transactions?on,1999,15(3):465-474.?

發明內容

本發明提供一種適用于力反饋設備的反饋力輸出控制的變阻尼控制裝置及力反饋設備控制方法。?

為實現上述目的，本發明采用如下結構。?

本發明實施方案中變阻尼控制裝置是一種可對機構阻尼進行動態調整的反饋力輸出控制裝置，包括：可控式電磁阻尼器，用于調節機構關節處運動阻尼，安裝于關節轉軸末端；可控電磁阻尼器驅動單元，用于驅動可控式電磁阻尼器，調節可控式電磁阻尼器的阻尼；直流有刷電機放大器，用于驅動安裝于機構運動關節處的直流有刷電機，實現關節驅動力的輸出；運動控制單元，用于采樣直流有刷電機編碼器信號，采樣可控式電磁阻尼器線圈電流，利用CAN總線與上位機通訊，執行力反饋設備控制方法，輸出直流有刷電機扭矩控制指令，輸出可控式電磁阻尼器阻尼控制指令。?

所述可控電磁阻尼器驅動單元，包括：主驅動電路，利用4個開關管為可控電磁阻尼器的繞組提供勵磁電流；可控硅整流電路，用于將輸入的交流電轉換為單向脈動性直流電。?

所述運動控制單元，包括：電源接口電路，是系統的電源入口，對輸入電源進行整流濾波，限壓，限流，提高系統的安全性和電磁兼容能力；電流采樣電路，用于完成對可控電磁阻尼器線圈的電流采樣；驅動隔離電路，提供主驅動電路中開關管所需的隔離電源；PWM調理電路，用于提高PWM信號的驅動能力，調理信號防止主驅動電路橋臂直通；DSP微處理器，用于執行力反饋設備控制方法；D/A轉換電路，用于直流有刷電機扭矩控制指令的電壓模擬量轉換和輸出；編碼器接口電路，用于對光電編碼器脈沖進行信號調理，防止計數電路出現誤碼；CAN通訊接口電路，用于連接通訊線纜，實現與上位機的CAN總線通訊。?