[发明专利]基于电机控制方式的闭环力控制系统和方法

权利要求书

1.一种基于电机控制方式的闭环力控制系统，包括： 

触摸屏、按键/脚踏、数字控制器、电流传感器、直流伺服电机、传动机构、手腕夹持器及末端拉力传感器，所述数字控制器包括电机驱动模块； 

所述触摸屏和按键/脚踏分别信号连接于所述数字控制器，用于设置直流伺服电机的控制参数； 

所述数字控制器接收所述控制参数，判断是否开始力控制，并通过所述电机驱动模块输出驱动所述直流伺服电机的电流信号；所述电流传感器采样所述电流信号，并将所述电流信号反馈至所述数字控制器，所述数字控制器采样所述电流信号并将所述电流信号作为电流闭环算法的电流反馈值； 

所述直流伺服电机通过所述传动机构带动所述手腕夹持器产生拉拽力；所述末端拉力传感器检测所述拉拽力的大小，并将所述拉拽力的大小信号处理后反馈至所述数字控制器，所述数字控制器采样所述拉拽力，并将所述拉拽力的大小作为力闭环控制算法的力反馈值； 

所述数字控制器对所述力反馈值进行增量PI计算，输出作为电流环的目标值；所述数字控制器根据控制参数，电流环的目标值和电流反馈值进行增量PI计算，输出作为电机驱动模块的输入，并将计算后的值作为所述电机驱动模块的输入值，根据所述输入值，所述电机驱动模块控制所述直流伺服电机输出给定转矩带动所述传动机构转动，所述传动机构带动所述手腕夹持器转动力产生轴向拉拽力。 

2.根据权利要求1所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，所述数字控制器还包括DSP模块，所述DSP模块包括IO、PWM、SCI及AD，所述DSP模块用于接收所述控制参数，判断是否开始力控制，并输出驱动所述直流伺服电机的电流信号；所述DSP模块还用于采样所述电流传感器采样的电流信号，并将所述电流信号处理后作为电流闭环算法的电流反馈值；所述DSP模块采样所述末端拉力传感器检测的拉拽力，并将所述拉拽力作为力闭环控制算法的力反馈值；所述DSP模块对所述电流反馈值及所述力反馈值进行处理，并将处理后的值作为所述电机驱动模块的输入值。 

3.根据权利要求2所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，所述IO通过隔离电路与所述按键/脚踏信号连接，所述DSP模块通过所述IO接收所述按键/脚踏的控制信息。 

4.根据权利要求2所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，所述PWM通过PWM隔离电路输出所述电机驱动模块所需的脉冲宽度可调的电信号量。 

5.根据权利要求1或2所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，所述数字控制器还包括RS232接口电路，所述SCI通过所述RS232接口电路块与所述触摸屏电气性连接，用于实现所述DSP模块和所述触摸屏之间的通信，所述RS232接口电路还用于反馈所述末端拉力传感器数值的显示信息。 

6.根据权利要求2所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，所述DSP模块的AD还用于采样所述电流传感器采样的电流信号。 

7.根据权利要求1或2所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，还包括桥路H，所述电流传感器模块采样桥路H的电流信号，并将所述电流信号反馈到所述DSP模块，作为电流闭环算法的电流反馈值。 

8.根据权利要求1所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，所述数字控制器还包括电源模块，所述电源模块用于为所述DSP模块及其他部件提供电源。 

9.根据权利要求1所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，所述传动机构为与所述直流伺服电机相连的滑动丝杠，随着所述直流伺服电机的转动带动所述手腕夹持器的轴向运动。 

10.根据权利要求1所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，所述手腕夹持器连接于所述传动机构相连，用于夹持伤员受伤手臂手腕，通过所述直流伺服电机的旋转将所述手腕夹持器扭矩转换成轴向力，对手臂实施拉拽力。 

11.根据权利要求1所述的基于电机控制方式的闭环力控制系统，其特征在于，所述末端拉力传感器连接于所述DSP模块的AD，所述末端拉力传感器将检测所述拉拽力的大小经多通道采样取平均值和数字滤波后反馈至所述数字控制器后作为力闭环控制的反馈量。