一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統及控制方法，包括處理器模塊，處理器模塊包括：CPU、定時器、計數器、A/D轉換接口I、A/D轉換接口II、CAN總線接口、RS485串口、T?M測速單元、PI調節單元和PWM單元，定時器、計數器、A/D轉換接口II、CAN總線接口、RS485串口、T?M測速單元和PI調節單元分別與CPU連接，PI調節單元與PWM單元連接，計數器與T?M測速單元連接，A/D轉換接口I與PI調節單元連接，CAN總線接口和RS485串口分別與計數器連接，本系統能夠量測主手關節運動的相對角位移，輸出阻尼力矩，使醫生感知從手末端的力/觸覺信息，操作性好，結構簡單緊湊。
【專利說明】
一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統及控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及手術機器人自動化技術領域，特別涉及一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]主從式手術機器人在微創手術中發揮越來越重要的作用。在以主從操作為基礎的手術機器人系統中，主手是醫生與從手之間的一個信息傳遞和轉換裝置。一方面，主手通過將醫生手部運動信息以關節光電編碼器信號的形式傳遞給控制系統，實現醫生對從手的運動控制；另一方面，主手通過從手控制系統接收到的從手與患處組織的力/觸覺信息，并將其以關節阻尼力矩的形式傳遞給醫生，使醫生真實地感受到從手末端的力/觸覺信息，從而實現系統的力映射。
[0003]通過以上的描述可知，手術機器人主手上的關節是工作在被動運動的工作狀態，即醫生的手部為施動方，主手關節為從動方。主手的關節機構應具有兩種功能:第一、量測關節運動的相對角位移;第二、應具備力反饋功能，即能夠輸出阻尼力矩，使醫生感知從手末端的力/觸覺信息。
[0004]現有的手術機器人主手關節機構大多是以直流力矩電機+光電編碼器的方式實現的。基于直流力矩電機的力反饋方案有如下缺點:1、機械結構復雜:基于力矩電機的力反饋方案通常是采用力矩電機和絲傳動機構實現的，具體的機構有:力矩電機、絲筒、鋼絲、扇輪、預緊彈簧、光電編碼器等;2、控制方法復雜:力反饋要求電機輸出阻尼力矩，因此控制系統需要實時檢測光電編碼器的運動方向，以確保電機始終提供是阻力。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統及控制方法，能夠量測主手關節運動的相對角位移，能夠輸出阻尼力矩，使醫生感知從手末端的力/觸覺信息。
[0006]本發明提供了一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統，包括:處理器模塊、光電編碼器、差分/TTL電平轉換器、H橋驅動電路、磁粉制動器和霍爾電流傳感器；
[0007]處理器模塊包括:CPU、定時器、計數器、A/D轉換接口1、A/D轉換接口 I1、CAN總線接口、RS485串口、T-M測速單元、PI調節單元和P麗單元，其中，定時器、計數器、A/D轉換接口11工4~總線接口、1?485串口、T-M測速單元和PI調節單元分別與CPU連接，PI調節單元與PWM單元連接，計數器與T-M測速單元連接，A/D轉換接口 I與PI調節單元連接，CAN總線接口和RS485串口分別與計數器連接；
[0008]PffM單元與H橋驅動電路連接，H橋驅動電路與磁粉制動器連接；
[0009]磁粉制動器與光電編碼器連接，光電編碼器通過差分/TTL電平轉換器與計數器連接；
[0010]H橋驅動電路與霍爾電流傳感器連接，霍爾電流傳感器與A/D轉換接口 I連接；
[0011]定時器用于CPU的定時中斷；
[0012]CPU用于接收阻尼力矩指令，以及在定時中斷時驅動計數器工作；
[0013]PI調節單元用于讀取CPU中接收的阻尼力矩指令，同時接收等效阻尼力矩指令，并輸出H橋占空比偏差信號；
[0014]PffM單元用于接收H橋占空比偏差信號，生成PffM脈沖信號；
[0015]H橋驅動電路用于接收PffM脈沖信號，并輸出激磁電流；
[0016]磁粉制動器用于接收激磁電流，并根據激磁電流產生阻尼力矩T，阻尼力矩T驅動關節兩端的相對角發生位移；
[0017]光電編碼器用于檢測關節兩端的相對角位移信息，輸出數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息；
[0018]差分/TTL電平轉換器用于接收數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息，輸出脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息；
[0019]計數器用于讀取脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息；
[0020]T-M測速單元用于將脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令反饋給CPU;
[0021]霍爾電流傳感器用于檢測激磁電流；
[0022]A/D轉換接口 I用于接收激磁電流，并轉換為等效阻尼力矩Te，反饋給PI調節單元；
[0023]CAN總線接口和RS485串口用于發送脈沖數電壓信息給上位機或接收上位機發送的阻尼力矩指令；
[0024]A/D轉換接口 II用于接收外部模擬信號形式的阻尼力矩指令。
[0025]進一步地，還包括上位機，上位機通過CAN總線接口或RS485串口與CPU通信，用于阻尼力矩指令的下達，及脈沖數電壓信息的上傳。
[0026]進一步地，所述阻尼力矩指令通過阻尼力矩指令通道與CPU通信，阻尼力矩指令通道包括:阻尼力矩指令通道1、阻尼力矩指令通道II和阻尼力矩指令通道III，阻尼力矩指令通道I包括:A/D轉換接口 II，用于獲取外部模擬信號形式的阻尼力矩指令;CAN總線接口和RS485串口，用于接收上位機發送的阻尼力矩指令;阻尼力矩指令通道II是T-M測速單元，用于獲得脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令，阻尼力矩指令通道III為阻尼力矩指令通道I和阻尼力矩指令通道II的加權和。
[0027]進一步地，所述處理器模塊為單片機、DSP、ARM或FPGA。
[0028]進一步地，所述定時器的定時周期為lms。
[0029]一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統的控制方法，包括以下步驟:
[0030]步驟1:光電編碼器檢測關節兩端的相對角位移信息，輸出數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息，數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息通過差分/TTL電平轉換器轉換為脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息，計數器讀取脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息，T-M測速單元將脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令反饋給CPU;
[0031]步驟2:定時器定時中斷CPU;
[0032]步驟3:PI調節單元讀取CPU中接收的阻尼力矩指令，同時接收等效阻尼力矩指令，并輸出H橋占空比偏差信號，H橋占空比偏差信號=阻尼力矩指令-等效阻尼力矩指令；
[0033]步驟4: H橋占空比偏差信號通過PffM單元，生成PffM脈沖信號；
[0034]步驟5:PWM脈沖信號在H橋驅動電路的作用下，產生激磁電流；
[0035]步驟6:磁粉制動器在激磁電流作用下，產生阻尼力矩T，阻尼力矩T驅動關節兩端的相對角發生位移；
[0036]步驟7:通過霍爾電流傳感器檢測激磁電流，然后通過A/D轉換接口I轉換為等效阻尼力矩，反饋給PI調節單元；
[0037]步驟8:重復步驟1-7。
[0038]進一步地，所述步驟3中CPU中的阻尼力矩指令還包括:通過CAN總線接口或RS485串口，CPU接收上位機發送的阻尼力矩指令以及通過A/D轉換接口 II獲取的模擬信號阻尼力矩指令；
[0039]步驟3還包括計數器通過CAN總線接口或RS485串口向上位機發送脈沖數電壓信息。
[0040]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0041 ] I)通過光電編碼器檢測關節兩端的相對角位移信息，計數器通過差分/TTL電平轉換器讀取光電編碼器的信息，獲得主手的操作運動信息，主手的操作運動信息中的脈沖速度信息作為阻尼力矩指令反饋給CPU，PI調節單元讀取CPU中的阻尼力矩指令，輸出H橋占空比偏差信號，H橋占空比偏差信號=阻尼力矩指令-等效阻尼力矩指令，H橋占空比偏差信號通過PWM單元，生成PWM脈沖信號，P麗脈沖信號H橋驅動電路的作用下，產生激磁電流，激磁電流驅動磁粉制動器，產生阻尼力矩T，通過AD轉換接口 I和霍爾電流傳感器檢測激磁電流，根據激磁電流和阻尼轉矩成基本的線性關系，獲得等效阻尼力矩Te指令，通過PI調節單元計算H橋占空比偏差信號=阻尼力矩指令-等效阻尼力矩Te指令，計算H橋占空比偏差信號在定時器中斷服務時進行，PI調節單元輸出H橋占空比偏差信號，PffM單元根據H橋占空比偏差信號生成PWM脈沖信號，H橋驅動電路在PWM脈沖的作用下，產生可調的激磁電流，激磁電流驅動磁粉制動器，產生阻尼力矩T，形成閉環控制系統，本控制系統與電機類力反饋執行裝置相比，本系統具有操作性良好，結構簡單緊湊的優勢。
[0042]2)上位機用于阻尼力矩指令的下達，及力反饋關節兩端的相對角位移信息的上傳。
[0043]3)多個阻尼力矩指令通道可以單獨使用，也可以組合使用，根據使用情況選擇接收模擬信號形式的阻尼力矩指令或數字信號形式的阻尼力矩指令。
[0044]4)處理器模塊為單片機、DSP、ARM或FPGA，根據配套系統的復雜情況確定。
[0045]5)阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統的控制方法，在系統定時中斷時觸發阻尼力矩控制進程，控制方法簡單，提高了關節角度控制的精度。
【附圖說明】
[0046]圖1為本發明提供的一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統的結構示意圖。
[0047]圖2為本發明提供的一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統中的磁粉制動器阻尼閉環調節控制示意圖。
[0048]圖3為本發明提供的一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統的控制方法的部件連接的框圖。
[0049]圖4為本發明提供的關節的結構示意圖。
[0050]附圖標記說明:
[0051 ] 1-光電編碼器，2-處理器模塊，2-1-定時器，2-2-計數器，2-3-PWM單元，2-4-A/D轉換接口 I，2-5-A/D轉換接口 II，2-6-CAN總線接口，2-7-RS485串口，2-8-PI調節單元，2_9_CPU，2-10-T-M測速單元，3-差分/TTL電平轉換器，4-H橋驅動電路，5-磁粉制動器，6-霍爾電流傳感器，7-上位機。
【具體實施方式】
[0052]下面結合附圖，對本發明的一個【具體實施方式】進行詳細描述，但應當理解本發明的保護范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0053]如圖3所示，本發明提供了一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統，包括:處理器模塊2、光電編碼器1、差分/TTL電平轉換器3、H橋驅動電路4、磁粉制動器5和霍爾電流傳感器6;處理器模塊2包括:CPU2-9、定時器2-1、計數器2_2、A/D轉換接口 12-4、A/D轉換接口 II2-5、CAN總線接口 2-6、RS485串口 2-7、T-M測速單元2-10、PI調節單元2-8和PffM單元2-3，其中，定時器2-1、計數器2-2、A/D轉換接口 II2-5、CAN總線接口 2-6、RS485串口 2-7、T-M測速單元2-10和PI調節單元2-8分別與CPU2-9連接，PI調節單元2-8與PffM單元2-3連接，計數器2-2與T-M測速單元2-10連接，A/D轉換接口 12-4與PI調節單元2-8連接，CAN總線接口 2-6和RS485串口 2-7分別與計數器2-2連接;PffM單元2-3與H橋驅動電路4連接，H橋驅動電路4與磁粉制動器5連接;磁粉制動器5與光電編碼器I連接，光電編碼器I通過差分/TTL電平轉換器3與計數器2-2連接;H橋驅動電路4與霍爾電流傳感器6連接，霍爾電流傳感器6與A/D轉換接口 12-4連接;定時器用于CPU的定時中斷;CPU用于接收阻尼力矩指令，以及在定時中斷時驅動計數器工作;PI調節單元用于讀取CPU中接收的阻尼力矩指令，同時接收等效阻尼力矩指令，并輸出H橋占空比偏差信號；Pmi單元用于接收H橋占空比偏差信號，生成HVM脈沖信號;H橋驅動電路用于接收PWM脈沖信號，并輸出激磁電流;磁粉制動器用于接收激磁電流，并根據激磁電流產生阻尼力矩T，阻尼力矩T驅動關節兩端的相對角發生位移;光電編碼器用于檢測關節兩端的相對角位移信息，輸出數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息；差分/TTL電平轉換器用于接收數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息，輸出脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息;計數器用于讀取脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息;T-M測速單元用于將脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令反饋給CPU;霍爾電流傳感器用于檢測激磁電流;A/D轉換接口 I用于接收激磁電流，并轉換為等效阻尼力矩Te，反饋給PI調節單元;CAN總線接口和RS485串口用于發送脈沖數電壓信息給上位機或接收上位機發送的阻尼力矩指令;A/D轉換接口 II用于接收外部模擬信號形式的阻尼力矩指令。
[0054]進一步地，還包括上位機7，上位機7通過CAN總線接口 2-6或RS485串口 2-7與CPU2-9通信，用于阻尼力矩指令的下達，及脈沖數電壓信息的上傳。
[0055]進一步地，所述阻尼力矩指令通過阻尼力矩指令通道與CPU通信，阻尼力矩指令通道包括:阻尼力矩指令通道1、阻尼力矩指令通道II和阻尼力矩指令通道III，阻尼力矩指令通道I包括:A/D轉換接口 II，用于獲取外部模擬信號形式的阻尼力矩指令;CAN總線接口和RS485串口，用于接收上位機發送的阻尼力矩指令;阻尼力矩指令通道II是T-M測速單元，用于獲得脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令，阻尼力矩指令通道III為阻尼力矩指令通道I和阻尼力矩指令通道II的加權和。
[0056]進一步地，所述處理器模塊2為單片機、DSP、ARM或FPGA。
[0057]進一步地，所述定時器的定時周期為lms。
[0058]一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統的控制方法，包括以下步驟:
[0059]步驟1:光電編碼器檢測關節兩端的相對角位移信息，輸出數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息，數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息通過差分/TTL電平轉換器轉換為脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息，計數器讀取脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息，T-M測速單元將脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令反饋給CPU;
[0060]步驟2:定時器定時中斷CPU;
[0061]步驟3:PI調節單元讀取CPU中接收的阻尼力矩指令，同時接收等效阻尼力矩指令，并輸出H橋占空比偏差信號，H橋占空比偏差信號=阻尼力矩指令-等效阻尼力矩指令；
[0062 ] 步驟4: H橋占空比偏差信號通過PffM單元，生成PffM脈沖信號；
[0063]步驟5:PWM脈沖信號在H橋驅動電路的作用下，產生激磁電流；
[0064]步驟6:磁粉制動器在激磁電流作用下，產生阻尼力矩T，阻尼力矩T驅動關節兩端的相對角發生位移；
[0065]步驟7:通過霍爾電流傳感器檢測激磁電流，然后通過A/D轉換接口I轉換為等效阻尼力矩，反饋給PI調節單元；
[0066]步驟8:重復步驟1-7。
[0067]進一步地，所述步驟3中CPU中的阻尼力矩指令還包括:通過CAN總線接口或RS485串口，CPU接收上位機發送的阻尼力矩指令以及通過A/D轉換接口 II獲取的模擬信號阻尼力矩指令；
[0068]步驟3還包括計數器通過CAN總線接口或RS485串口向上位機發送脈沖數電壓信息。
[0069]磁粉制動器5是力反饋關節的核心器件，磁粉制動器5是根據電磁原理和利用磁粉傳遞阻尼扭矩的，在同滑差無關的情況下，能夠傳遞一定的轉矩，具有響應速度快，結構簡單，無污染，無噪音，無沖擊振動等特點；其最大的特點是其激磁電流和阻尼轉矩成基本的線性關系，通過調節磁粉制動器5的激磁電流，進而調整磁粉制動器5的阻尼轉矩，使醫生在主手操作端感受到從手末端的力/觸覺信息，磁粉制動器5的力矩指令根據從手控制系統接收到的從手與患處組織的力/觸覺信息解算產生。
[0070]如圖1所示，主手阻尼力矩的指令可以通過阻尼力矩指令通道1、阻尼力矩指令通道II和阻尼力矩指令通道III獲得。
[0071]阻尼力矩指令通道I為阻尼力矩的指令通過外部輸入，外部輸入信號可以通過模擬量通道輸入，采用電路板上的A/D轉換接口 II 2-5接收信號(阻尼力矩指令通道I一一I)；外部輸入信號也可以來自上位機7，本系統設有同上位機7的通訊接口 CAN總線接口 2-6 (阻尼力矩指令通道1--2)和RS485串口 2_7(阻尼力矩指令通道1--3)；
[0072]阻尼力矩指令通道II是是T-M測速單元2-10，用于獲得脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令，阻尼力矩指令通道II是阻尼力矩指令通過關節光電編碼器I自身的運動速度產生，力反饋關節運動時，力反饋關節兩端的構件發生相對角位移，采集光電編碼器I的脈沖信號后，T-M測速單元2-10通過T-M測速法，計算力反饋關節的轉動速度，控制板根據關節運動的速度信號控制磁粉制動器，產生阻尼力矩。
[0073]阻尼力矩指令通道III是阻尼力矩指令混合通道。此通道將通道I和通道II的信息進行混合構成阻尼力矩指令，即將外部信號和手輪速度信號經過加權處理后，共同作為磁粉制動器5的阻尼力矩指令。
[0074]三種通道可以單獨使用，也可以組合使用，視情況而定。
[0075]RS485串口 2_7或CAN總線接口 2_6，一方面可以作為外部阻尼力矩指令的通道使用，控制的磁粉制動器5(如圖1上實線箭頭)；另一方面可以作為光電編碼器I的脈沖計數總線輸出端使用(如圖1上虛線箭頭)。
[0076]如圖2所示，圖中，I表示回路激磁電流，T表示磁粉制動器5輸出阻尼力矩，Te表示由激磁電流等效的阻尼力矩，其關系由磁粉制動器5特性曲線決定，近似為線性關系，指令阻尼力矩通過通道選擇控制實現，Kl是通道I上的加權系數，K2是通道II上的加權系數，通道III可以認為是通道I和通道II上數據的加權和，指令阻尼力矩和等效阻尼力矩的偏差，經過PI調節單元后，輸入給PWM單元以及H橋驅動電路，H橋驅動電路調節磁粉制動器的激磁電流，進而控制磁粉制動器的阻尼力矩。
[0077]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，力反饋關節運動時，力反饋關節兩端的構件發生相對角位移，通過光電編碼器I檢測力反饋關節兩端的相對角位移，計數器2-2通過差分/TTL電平轉換器3讀取光電編碼器I的脈沖信號，獲得主手操作運動信息，脈沖信號包括脈沖數信號和脈沖速度信號，脈沖數信號通過CAN總線接口2-6或RS485串口2-7以總線數據形式傳給上位機7，上位機7通過CAN總線接口 2-6或RS485串口 2_7發送阻尼力矩指令給CPU2-9，PI調節單元2-8讀取CPU2-9中的阻尼力矩指令，輸出H橋占空比偏差信號，H橋占空比偏差信號=阻尼力矩指令-等效阻尼力矩指令，H橋占空比偏差信號通過HVM單元，生成HVM脈沖信號，PWM脈沖信號H橋驅動電路的作用下，產生激磁電流，激磁電流驅動磁粉制動器，產生阻尼力矩T，通過AD轉換接口 12-4和霍爾電流傳感器6檢測激磁電流，根據激磁電流和阻尼轉矩成基本的線性關系，獲得等效阻尼力矩Te指令，通過PI調節單元2-8計算H橋占空比偏差信號，H橋占空比偏差信號=阻尼力矩指令-等效阻尼力矩Te指令，計算H橋占空比偏差信號在定時器2-1中斷服務時進行，通過PI調節單元2-8后輸出H橋占空比偏差信號，PffM單元2-3根據H橋占空比偏差信號生成PffM脈沖信號，PffM脈沖信號在H橋驅動4電路的作用下，產生激磁電流，激磁電流驅動磁粉制動器5產生相應的阻尼力矩，形成閉環控制系統。
[0078]通過PffM單元2-3對脈沖速度信號進行脈寬調制，通過H橋驅動電路4調節加在磁粉制動器5上的激磁電流，從而使磁粉制動器5產生相應的阻尼力矩。
[0079]定時器2-1在系統復位后啟動，定時器2-1的工作周期設定為lms，在定時中斷服務程序中，完成磁粉制動器5驅動的激磁電流閉環控制。
[0080]A/D轉換接口 Π 2-5作為阻尼力矩的模擬量輸入通道，S卩，從手端的壓力傳感器信號經解算后，可以作為關節指令阻尼力矩的輸入，進而控制磁粉制動器5產生阻尼力矩。
[0081]本發明的阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統，與電機類力反饋執行裝置相比，成本低，操作性好，結構簡單緊湊。
[0082]本發明適用于絕大多數需要對阻尼力矩反饋的操作控制場合。
[0083]以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但是，本發明實施例并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統，其特征在于，包括:處理器模塊、光電編碼器、差分/TTL電平轉換器、H橋驅動電路、磁粉制動器和霍爾電流傳感器； 處理器模塊包括:CPU、定時器、計數器、A/D轉換接口 1、A/D轉換接口 11、CAN總線接口、RS485串口、T-M測速單元、PI調節單元和P麗單元，其中，定時器、計數器、A/D轉換接口 I1、CAN總線接口、RS485串口、T_M測速單元和PI調節單元分別與CPU連接，PI調節單元與PWM單元連接，計數器與T-M測速單元連接，A/D轉換接口 I與PI調節單元連接，CAN總線接口和RS485串口分別與計數器連接； PffM單元與H橋驅動電路連接，H橋驅動電路與磁粉制動器連接； 磁粉制動器與光電編碼器連接，光電編碼器通過差分/TTL電平轉換器與計數器連接； H橋驅動電路與霍爾電流傳感器連接，霍爾電流傳感器與A/D轉換接口 I連接； 定時器用于CRJ的定時中斷； CHJ用于接收阻尼力矩指令，以及在定時中斷時驅動計數器工作； PI調節單元用于讀取CPU中接收的阻尼力矩指令，同時接收等效阻尼力矩指令，并輸出H橋占空比偏差信號； PWM單元用于接收H橋占空比偏差信號，生成PffM脈沖信號； H橋驅動電路用于接收PffM脈沖信號，并輸出激磁電流； 磁粉制動器用于接收激磁電流，并根據激磁電流產生阻尼力矩T，阻尼力矩T驅動關節兩端的相對角發生位移； 光電編碼器用于檢測關節兩端的相對角位移信息，輸出數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息； 差分/TTL電平轉換器用于接收數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息，輸出脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息； 計數器用于讀取脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息； T-M測速單元用于將脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令反饋給CRJ; 霍爾電流傳感器用于檢測激磁電流； A/D轉換接口 I用于接收激磁電流，并轉換為等效阻尼力矩Te，反饋給PI調節單元； CAN總線接口和RS485串口用于發送脈沖數電壓信息給上位機或接收上位機發送的阻尼力矩指令； A/D轉換接口 II用于接收外部模擬信號形式的阻尼力矩指令。2.如權利要求1所述的阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統，其特征在于，還包括上位機，上位機通過CAN總線接口或RS485串口與CPU通信，用于阻尼力矩指令的下達，及脈沖數電壓信息的上傳。3.如權利要求2所述的阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統，其特征在于，所述阻尼力矩指令通過阻尼力矩指令通道與CPU通信，阻尼力矩指令通道包括:阻尼力矩指令通道1、阻尼力矩指令通道II和阻尼力矩指令通道III，阻尼力矩指令通道I包括:A/D轉換接口 II，用于獲取外部模擬信號形式的阻尼力矩指令;CAN總線接口和RS485串口，用于接收上位機發送的阻尼力矩指令;阻尼力矩指令通道II是T-M測速單元，用于獲得脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令，阻尼力矩指令通道III為阻尼力矩指令通道I和阻尼力矩指令通道II的加權和。4.如權利要求1所述的阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統，其特征在于，所述處理器模塊為單片機、DSP、ARM或FPGA。5.如權利要求1所述的阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統，其特征在于，所述定時器的定時周期為lms。6.如權利要求1?5任一權利要求所述的阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統的控制方法，包括以下步驟: 步驟1:光電編碼器檢測關節兩端的相對角位移信息，輸出數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息，數字脈沖數信息和數字脈沖速度信息通過差分/TTL電平轉換器轉換為脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息，計數器讀取脈沖數電壓信息和脈沖速度電壓信息，T-M測速單元將脈沖速度電壓信息作為阻尼力矩指令反饋給CPU; 步驟2:定時器定時中斷CRJ; 步驟3:PI調節單元讀取CPU中接收的阻尼力矩指令，同時接收等效阻尼力矩指令，并輸出H橋占空比偏差信號，H橋占空比偏差信號=阻尼力矩指令-等效阻尼力矩指令； 步驟4: H橋占空比偏差信號通過PffM單元，生成PffM脈沖信號； 步驟5: PffM脈沖信號在H橋驅動電路的作用下，產生激磁電流； 步驟6:磁粉制動器在激磁電流作用下，產生阻尼力矩T，阻尼力矩T驅動關節兩端的相對角發生位移； 步驟7:通過霍爾電流傳感器檢測激磁電流，然后通過A/D轉換接口 I轉換為等效阻尼力矩，反饋給PI調節單元； 步驟8:重復步驟1-7。7.如權利要求6所述的阻尼連續可控型關節的力反饋控制系統的控制方法，其特征在于，所述步驟3中CPU中的阻尼力矩指令還包括:通過CAN總線接口或RS485串口，CPU接收上位機發送的阻尼力矩指令以及通過A/D轉換接口 II獲取的模擬信號阻尼力矩指令； 步驟3還包括計數器通過CAN總線接口或RS485串口向上位機發送脈沖數電壓信息。
【文檔編號】B25J9/16GK105856226SQ201610173928
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月20日
【發明人】于占東, 付瑩, 張鵬, 于震
【申請人】渤海大學