一种基于有源和无源器件的小型力触觉再现方法

• 摘要：

  本发明公开了一种基于有源和无源器件的小型力触觉再现方法,步骤如下:首先进行磁流变阻尼器和直流电机的标定,获得输入电流和输出力矩的关系;将预期力/力矩数值转换成磁流变阻尼器的电流输入,由磁流变阻尼器输出相应力矩,再经力触觉传递装置作用于操作人员身体;其次,安装在力/力矩作用点的传感器测量实际作用的力/力矩,比较实际输出与预期力/力矩数值,计算力/力矩误差;最后,将力/力矩误差转换成直流电机的输入信号,驱动直流电机产生误差所对应的力矩;本发明可实现小型器件输出大范围、高精度力/力矩,使得力触觉再现设备更加轻便、小巧,提升了力触觉交互的逼真度;可广泛应用于虚拟现实、遥操作机器人控制、医疗等领域.

• 专利类型：

  发明专利

• 申请/专利号：

  CN201710396225.7

• 申请日期：

  2017.05.27

• 公开/公告号：

  CN107229334A

• 公开/公告日：

  2017-10-03

• 发明人：

  宋爱国 秦欢欢 李会军 徐宝国 曾洪

• 申请人：

  东南大学

• 主分类号：

  G06F3/01(2006.01)I,G,G06,G06F,G06F3

• 分类号：

  G06F3/01(2006.01)I,G,G06,G06F,G06F3,G06F3/01

• 主权项：

  一种基于有源和无源器件的小型力触觉再现方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤(A):构建小型力触觉再现设备,所述设备包括执行器件、力/力矩传感器和力触觉传递装置,所述执行器件包括磁流变阻尼器和直流电机;对磁流变阻尼器和直流电机进行标定,获得输入电流与输出力矩之间的关系;设磁流变阻尼器的标定曲线函数为:y1＝f_b(x)所述输入电流和直流电机的输出呈线性关系,设直流电机的标定曲线函数为:y2＝k_mx其中,y1和y2分别为磁流变阻尼器和直流电机的输出力矩;x为输入电流;f_b为输入电流和磁流变阻尼器输出力矩的映射关系;k_m为输入电流和电机输出力矩的映射关系;步骤(B):将预期力/力矩数值转换成磁流变阻尼器的电流输入信号,由磁流变阻尼器输出相应力矩,再经力触觉传递装置作用于操作人员身体,设预期力/力矩为F,力触觉传递装置输出与执行器件输出的映射关系是T_h,则磁流变阻尼器输出理论值为T_h^‑1(F),转换成的磁流变阻尼器电流输入信号为f_b^‑1[T_h^‑1(F)],设对应于输入电流i,磁流变阻尼器的实际输出为T_b(i),则磁流变阻尼器的实际输出为T_b{f_b^‑1[T_h^‑1(F)]},则作用在操作者身体的力/力矩为T_h{T_b{f_b^‑1[T_h^‑1(F)]}};步骤(C)安装在力/力矩作用点的力/力矩传感器测量实际作用的力/力矩数值,比较实际输出与预期输出,计算力/力矩误差,由力/力矩传感器反馈回的误差可表示为:Δ＝F‑T_h{T_b{f_b^‑1[T_h^‑1(F)]}};步骤(D)将力/力矩误差转换成直流电机的输入信号,驱动直流电机产生误差所对应的力矩,设由直流电机实际补偿的力/力矩为Δ_m;步骤(E)直流电机的输出和原先磁流变阻尼器的输出叠加在一起,消除力/力矩误差,最终作用在操作者身体上的力/力矩可表示为:T_h(Δ_m)+T_h{T_b{f_b^‑1[T_h^‑1(F)]}}.