[發(fā)明專利]三線圈姿態(tài)可調(diào)的電磁力反饋裝置及其姿態(tài)計算與電流智能控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510628652.4
• 申請日: 2015-09-28
• 公開（公告）號: CN105137761B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁志勇;童倩倩;朱煒煦;廖祥云
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G06F3/01
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 趙麗影

1.一種三線圈姿態(tài)可調(diào)的電磁力反饋裝置，其特征在于：包括底座(1)、三個滑動支架(2)、3個線圈容器(3)、3個線圈(4)以及線圈驅(qū)動電路(12)；底座(1)上設(shè)置有滑軌，滑動支架(2)設(shè)置在滑軌上，線圈容器(3)設(shè)置在滑動支架(2)上，線圈(4)固定在線圈容器(3)上，線圈驅(qū)動電路(12)與線圈(4)連接；三個線圈能在與滑軌平行、與地面垂直的平面上自由調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)線圈的方向和位置，適應(yīng)不同空間范圍及不同電磁力大小和方向的交互應(yīng)用需求；滑動支架底部擁有凹槽以在底座的軌道上滑動，并擁有鎖定螺絲孔(5)在滑動到最佳位置時將支架固定于軌道上；滑動支架(2)上部側(cè)面有轉(zhuǎn)動軸孔一(6)和扇環(huán)形鎖定軌道(7)，使得線圈容器能在滑動支架上圍繞轉(zhuǎn)動軸孔轉(zhuǎn)動以及通過扇環(huán)形鎖定軌道進行鎖定；線圈容器側(cè)面有轉(zhuǎn)動軸孔二(8)，與滑動支架的轉(zhuǎn)動軸孔一(6)通過螺絲連接，使得線圈容器可以在滑動支架上圍繞轉(zhuǎn)動軸孔二(8)轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動軸孔二(8)附近有鎖定孔(9)，使得在轉(zhuǎn)動時，穿過鎖定孔的螺絲可以在滑動支架的扇環(huán)形鎖定軌道中滑動，并在轉(zhuǎn)動到最佳位置時擰緊螺絲鎖定；滑動支架(2)底部擁有固定線圈的螺絲孔(10)以及便于線圈銅線走線的開口(11)；線圈通電產(chǎn)生電磁力，底部擁有螺絲孔，與線圈容器固定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三線圈姿態(tài)可調(diào)的電磁力反饋裝置，其特征在于：所述的線圈驅(qū)動電路(12)用于線圈電流的智能控制，線圈驅(qū)動電路(12)包括嵌入式微控制器、電源模塊、H橋驅(qū)動模塊、電流采樣模塊、智能PID電流調(diào)節(jié)模塊、通信模塊、電磁線圈過溫保護模塊、功率電源過壓欠壓過流保護模塊、異常報警模塊；其中，嵌入式微控制器采用ARM Cortex-M3作為核心控制芯片；上述模塊間的連接關(guān)系為：嵌入式微控制器ARM Cortex-M3產(chǎn)生的PWM信號經(jīng)H橋驅(qū)動模塊驅(qū)動電磁線圈陣列產(chǎn)生電流，為實現(xiàn)電流精確控制，采用電流采樣模塊對線圈中的電流進行采樣，并將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字PWM信號，最后通過智能PID電流調(diào)節(jié)模塊對線圈中的電流進行實時閉環(huán)調(diào)節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三線圈姿態(tài)可調(diào)的電磁力反饋裝置，其特征在于：所述的H橋驅(qū)動模塊采用互補PWM驅(qū)動方式，一個驅(qū)動芯片實現(xiàn)半橋的驅(qū)動，采用兩個驅(qū)動芯片實現(xiàn)全橋驅(qū)動，半橋包括兩個NMOSFET管及兩個續(xù)流二極管；首先ARM Cortex-M3輸出的PWM信號通過光耦元件以確保嵌入式微控制器能夠正常工作，然后將驅(qū)動半橋的兩路PWM信號輸入具有與門功能的芯片，其輸出信號用于防止由同一驅(qū)動芯片控制的兩個NMOSFET管同時導(dǎo)通，通過電源自舉模塊并經(jīng)過濾波、NMOSFET管柵極保護、H橋尖峰紋波吸收的優(yōu)化及保護措施，實現(xiàn)NMOSFET導(dǎo)通及截止?fàn)顟B(tài)的控制，從而實現(xiàn)電磁線圈中電流的控制。