[发明专利]一种脚踏板电驱动控制方法和系统

说明书

本发明实施例涉及远程遥控驾驶技术领域，公开了一种脚踏板电驱动控制方法和系统，采用脚踏板上搭载的力传感器采集操作者与脚踏板之间的交互力，同时通过闭环方式控制电机，利用传感器实测力和期望力的误差信号控制电机转矩输出，实现脚踏板的力感模拟功能。当脚踏板的位置发生变化时，操作者感受到的阻力也随之发生变化。同时电驱动的力反馈控制方法具有运动灵活，控制方便，且电机的输出力矩较大，延时较小的优点。

技术领域

本发明实施例涉及远程遥控驾驶技术领域，特别涉及一种脚踏板电驱动控制方法和系统。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，机器人被广泛应用在工业生产、医疗设备、娱乐设施、军事、航空航天、水下科考等多个领域。尽管机器人技术取得长足的进步，但在一些人员难以进入现场且环境复杂的场合，实现机器人自主完成工作任务仍然具有较大的困难，需要采用人机协同的方式来完成作业。例如在巷道掘进，水下打捞等环境恶劣，同时具有一定的危险性的作业现场，一旦发生意外，会对现场作业人员造成巨大的人身财产损失。因此，面对恶劣复杂的工作环境，利用人机交互方式的远程操控机器人，有效地结合机器人的优点与人类的经验智慧，完成特定场景的工作任务。

伴随着操作任务复杂度升级，人机交互方式从单一的鼠标、键盘交互方式向集成视觉、力觉的交互方向发展。融合了力觉信息后，操作者可以实时感知人机交互过程中的力，硬度等物理信息，进一步获得良好的临场感体验，有利于操作者做出正确的判断和任务决策，改善工作效率，提升远程作业的安全性。

远程驾驶作为远程操控机器人的一种应用场景，其操纵机构的性能影响着远程遥控端的拟真度和操控品质。目前的远程驾驶操纵机构主要由驾驶手柄、驾驶盘、驾驶杆和脚踏板等部件组成，而一般的操纵脚踏板仅作为特殊的运动输入设备，完成操作者的输入功能，未能以自然的，真实的方式将现场信息反馈给操作者。利用弹性元件，如弹簧、橡胶元件或两者的组合来产生踏板力的方式难以根据操作者不同的踩踏力进行调节，力模拟效果不好；而基于液压的模拟力反馈机构在运行过程中，容易产生漏油现象，且不易检修。

目前的操纵机构脚踏板仅作为一种特殊的运动输入设备，实现了操作者的输入功能。但缺少力觉反馈的脚踏板无法为操作者提供逼真的临场感，降低了操作者的驾驶体验。利用弹性元件的压缩特性进行踏板力模拟，其模拟力难以依照操作者与脚踏板的交互力进行调节。而采用基于液压模拟力加载机构则存在运行噪声较大，不易检维修的不足。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种脚踏板电驱动控制方法和系统，采用基于力传感器的电机闭环控制，通过电机为脚踏板提供力觉反馈，使操作者在操纵过程中踩脚踏板时可以感受到真实力感，提高操纵机构的力感模拟逼真度。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明的实施例提供了一种脚踏板电驱动控制方法，包括：

实时确定远程驾驶系统中脚踏板的位移信号，以及操作者与脚踏板之间的交互力；

基于预先建立的脚踏板力-位移模型，确定脚踏板在当前位移状态下应加载的模拟阻力期望值；

以所述交互力与所述模拟阻力期望之间的偏差作为比例积分微分控制器PID控制单元的输入信号，以所述PID控制单元的输出作为脚踏板的驱动器的控制信号，以使所述驱动器根据所述控制信号调整所述脚踏板加载的阻力。

作为优选的，所述PID控制单元采用增程式PID算法，所述增程式PID算法的算式为：

Δu(k)＝kp*(e(k)-e(k-1))+ki*e(k)+kd*(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))

上式中，kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数；k表示第k个采样时间点，e(k)代表k采样时间点的输入信号；u(k)为k时刻PID控制单元的输出。

第二方面，本发明的实施例提供了一种脚踏板电驱动控制系统，包括：