[发明专利]基于力反馈的安全远程力觉书写系统及其控制方法

权利要求书

1.基于力反馈的安全远程力觉书写系统，其特征在于：包括三轴并联力反馈机 构以及与其连接的控制器；所述控制器包括驱动模块以及与其连接的通信模块；

所述驱动模块包括顺序连接的电机驱动电路、电流传感器；

所述通信模块包括CPU以及与其连接的以太网口、显示器和摄像头；所述 CPU通过电机驱动电路与三轴并联力反馈机构的电机连接、且与串接在三轴并 联力反馈机构的电机与电机驱动电路之间的电流传感器相连接。

2.根据权利要求1所述的基于力反馈的安全远程力觉书写系统，其特征在于所 述三轴并联力反馈机构，包括动平台(4)、底座平台(5)、固定平台(6)、书 写用笔(8)及三条力反馈支链，其中固定平台(6)垂直安装在底座平台(5) 上，所述三条力反馈支链沿周向均布在固定平台(6)上，三条力反馈支链的末 端均与动平台(4)铰接，所述书写用笔(8)安装在动平台(4)上，所述三条 力反馈支链产生的扭矩在动平台(4)上产生一个空间上的合力。

3.根据权利要求2所述的基于力反馈的安全远程力觉书写系统，其特征在于所 述三条力反馈支链的结构相同，均包括直流电机(1)、减速盘(2)及双连杆机 构(3)，其中直流电机(1)安装在固定平台(6)上、并输出轴与减速盘(2) 连接，所述双连杆机构(3)的两端分别与减速盘(2)的外缘和动平台(4)铰 接。

4.按权利要求3所述的基于力反馈的安全远程力觉书写系统，其特征在于：所 述双连杆机构(3)的两端分别通过虎克铰(7)与减速盘(2)的外缘和动平台 (4)铰接，所述双连杆机构(3)与其两端的虎克铰(7)形成平行四边形机构。

5.按权利要求2或3所述的基于力反馈的安全远程力觉书写系统，其特征在于： 所述三条力反馈支链中的三个减速盘(2)互成120度分布于固定平台(6)上、 并均与固定平台(6)垂直。

6.按权利要求2所述的基于力反馈的安全远程力觉书写系统，其特征在于：所 述动平台(4)为等边三角形，所述等边三角形的三个顶点分别与三个双连杆机 构(3)铰接。

7.按权利要求2所述的基于力反馈的安全远程力觉书写系统，其特征在于：所 述书写用笔(8)通过紧固旋钮(9)安装在末端工具固定盘(10)上，所述末 端工具固定盘(10)与动平台(4)连接。

8.基于力反馈的安全远程力觉书写控制方法，其特征在于包括以下步骤：

书写人手持三轴并联力反馈机构中的书写用笔(8)，其在空间中的书写动 作带动动平台(4)的运动，进而使三个减速盘(2)和相应的直流电机(1)产 生不同角度的转动，并改变电机尾部编码器的位置值；

本地端控制器中的CPU对三个编码器位置值实时采样并打包后加密、并通 过以太网发送给远程端控制器；

远程端控制器的CPU以接收到的三组编码器数据作为目标位置分别作为电 机驱动的控制信号，对相应的三个电机分别进行位置伺服控制，跟随本地端书 写人的书写动作，在纸面形成书写笔迹。

9.根据权利要求8所述的基于力反馈的安全远程力觉书写控制方法，其特征在于 还包括以下步骤：

当远程端三轴并联力反馈机构中的书写用笔(8)笔尖接触纸面时，纸面对 笔尖的反作用力引起三个直流电机(1)的反向扭矩，进而改变电机驱动的电流；

远程端控制器的CPU对三个直流电机(1)电流值实时采样并打包后加密、 并通过以太网发送给本地端控制器；

本地端控制器的CPU以接收到的三组电流数据作为目标电流产生电机控制 信号，对相应的三个电机分别进行电流闭环控制；三个直流电机(1)的扭矩产 生的合力作用于书写人手上，从而在持笔处复现远程端书写的力感，实现书写 的力反馈。