[发明专利]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。

主权项

1.一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)]}}。