手持式力反馈装置以及利用该装置实现力觉再现的方法

手持式力反馈装置以及利用该装置实现力觉再现的方法
【专利摘要】本发明公开了一种手持式力反馈装置以及利用该装置实现力觉再现的方法，用于解决现有力反馈装置实用性差的技术问题。技术方案是本发明手持式力反馈装置包括机械装置、信号调理电路、数据采集模块、微控制器、第一信号输出电路和第二信号输出电路。实现对机械装置上摇杆分布的压电薄膜传感器的力信息进行测量，对编码器上测量力矩电机的转角数字量进行计数，通过第一信号输出电路对机械装置上力矩电机转角向远端从机械手上的信号发送，实现从机械手的位置跟踪。并且通过PID控制计算后获取的调节量以第二信号输出对力矩电机的电压控制调节。本装置能够实现远程力信号的力觉再现，实现远程的力信号在操作者有相同的力觉信息的感知。实用性强。
【专利说明】
手持式力反馈装置从及利用该装置实现力觉再现的方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种手持式力反馈装置，还设及一种利用该装置实现力觉再现的方 法。
【背景技术】
[0002] 水下机械手是水下航行器在水下探测中使用的重要设备，由于深海探测中对水下 样品的采集主要是通过水下机械手完成，水下机械手缺少力觉感知W及机械手操作对象的 不确定性，造成采集的样本损坏的问题。水下机械手的工作环境复杂，一般通过视频辅助完 成，但是由于机械手或者其载体的运动造成水质变浑，影响机械手的操作。因此带有力觉感 知的主从式遥操作系统是一个发展研究方向。力反馈装置充当遥操作系统中的主机械手部 分，可W分为串联式、并联式、混合式力反馈装置。其中串联式不易产生较大的反馈力，并联 式在刚度、精度、反向驱动力上具有很大的优势，但是具有较大的体积，混合式力反馈装置 结合了串联与并联力反馈装置的特点，但是体积也相对较大。目前的力反馈装置都是W伺 服电机或者步进电机为动力驱动核屯、，在机器人抓取过程中的低速或者静止运动过程中有 造成电机烧毁的危险。
[0003]文献"授权公告号是CN103158162B的中国发明专利"公开了一种检测人手手指运 动状态并具有双向主动驱动反馈从手受力的力反馈数据手套。该发明采用独特的连接方式 和巧妙的关节测量点布局，使操作者在使用该数据手套时，五个手指能保持最大程度的灵 活，手指各个关节的运动状态都能被精确检测到，使被控制的从手的每个手指关节都能与 操作者对应的手指关节协同一致动作，并能将从手在具体的工作环境中的受力情况反馈给 操作者，W增强虚拟现实或遥操作的临场感。但是力反馈系统一般工作在低速或者静止状 态下，要求控制电机低速运转或者停止状态。而伺服电机相对堵转功能较差，长时间堵转状 态会造成其控制电流大很烧坏伺服电机。而主机械手由于固定在手臂上会造成操作者疲 劳，力反馈装置由于控制算法的不足造成透明性不强，主、从式机构由于机械模型的误差， 位置测量的偏差造成控制系能达不到最优。

【发明内容】

[0004]为了克服现有力反馈装置实用性差的不足，本发明提供一种手持式力反馈装置W 及利用该装置实现力觉再现的方法。手持式力反馈装置包括机械装置、信号调理电路、数据 采集模块、微控制器、第一信号输出电路和第二信号输出电路。实现对机械装置上摇杆分布 的压电薄膜传感器的力信息进行测量，对编码器上测量力矩电机的转角数字量计数，对通 过总线远传过来的力信号的解码获取，通过第一信号输出电路对主机械手上力矩电机转角 向远端从机械手上的信号发送，实现从机械手的位置跟踪。并且通过PID控制计算后获取的 调节量W第二信号输出对力矩电机的电压控制调节。本装置能够实现远程力信号测量后的 力觉再现，操作者操作遥操作控制器，可W实现远程的力信号在操作者有相同的力觉信息 的感知。实用性强。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种手持式力反馈装置，其特点是： 包括机械装置、信号调理电路、数据采集模块、微控制器、第一信号输出电路和第二信号输 出电路。所述机械装置包括空屯、手柄1、空屯、编码器2、空屯、圆盘4、压电薄膜传感器5、摇杆6、 法兰7、力矩电机8和旋转轴12。所述机械装置主体是一个空屯、圆盘4,空屯、圆盘4左侧是力矩 电机8,力矩电机8为分装式，力矩电机8的定子和转子固定好嵌入到空屯、圆盘4内部。力矩电 机8定子的右侧有连接装置与空屯、圆盘4通过螺钉连接。力矩电机8左侧通过法兰7与空屯、圆 盘4固定。力矩电机8转子上伸出一个摇杆6。在摇杆6的末端平行于空屯、手柄1方向有一个横 杆与力矩电机8转子固连。力矩电机8右侧有一个旋转轴12,旋转轴12与空屯、编码器2相连， 旋转轴12外端通过固定装置固定在空屯、圆盘4的右侧，旋转轴12位于空屯、手柄1里面。空屯、 手柄1固定在空屯、圆盘4右侧表面。摇杆6的末端装有压电薄膜传感器5,空屯、圆盘4外侧有四 个圆孔3,分别与圆屯、成90°角排列。水平方向上的一对圆孔3用于与多自由度操作臂连接， 或者安装到固定装置上。垂直于水平面上的一对圆孔3连接一个连接固定装置。所述机械装 置上压电薄膜传感器5的信号通过信号调理电路和数据采集模块，实现50倍信号放大经A/D 转换输入到微控制器。通过第一信号输出电路对力矩电机8转角向远端发送信号，实现位置 跟踪。PID控制计算后获取的调节量通过第二信号输出电路对力矩电机8的电压进行控制调 -H- T。
[0006] 一种利用上述手持式力反馈装置实现力觉再现的方法，其特点是包括W下步骤：
[0007] 机械装置上压电薄膜传感器5的信号通过信号调理电路和数据采集模块，实现50 倍信号放大经A/D转换输入到微控制器。通过第一信号输出电路对力矩电机8转角向远端发 送信号，实现位置跟踪。PID控制计算后获取的调节量通过第二信号输出电路对力矩电机8 的电压进行控制调节。通过PID控制对力矩电机8进行调节。具体如式（1)、（2)所示。首先计 算采集压电薄膜传感器5的信号fm，并与从手力信号fs做差值，得em，经过比例、积分、微分计 算得到Um,由于本设计力矩电机输出转矩与所加电压之间是二次函数关系，所W输出转矩 最终调节量如式(3)所示。
[000引 （1)
[0009] (2)
[0010] (3)
[0011] 控制量根据测量信号与远传至本地的标准信号计算出调节量。如果没有接触力信 号远传至本地，主机械手控制量为0,微控制器对力矩电机8不做调解，此时主手力矩电机8 为自由状态。如果操作者对摇杆6作用力大于从手远传至本地的力信号，此时对力矩电机8 调节量减少，力矩电机8输出转矩减小，则摇杆6对主手的反作用力也相应减小。在整定PID 控制器参数时，根据微控制器的参数与系统动态性能和稳态性能之间的定性关系，首先调 节P参数到超调范围内，再调节I参数W消除系统静态误差，最后调节D参数增加系统响应能 力。
[0012] 本发明的有益效果是:本发明手持式力反馈装置包括机械装置、信号调理电路、数 据采集模块、微控制器、第一信号输出电路和第二信号输出电路。实现对机械装置上摇杆分 布的压电薄膜传感器的力信息进行测量，对编码器上测量力矩电机的转角数字量计数，对 通过总线远传过来的力信号的解码获取，通过第一信号输出电路对主机械手上力矩电机转 角向远端从机械手上的信号发送，实现从机械手的位置跟踪。并且通过PID控制计算后获取 的调节量W第二信号输出对力矩电机的电压控制调节。本装置能够实现远程力信号测量后 的力觉再现，操作者操作遥操作控制器，可W实现远程的力信号在操作者有相同的力觉信 息的感知。实用性强。
[0013] 本发明利用力矩电机的堵转特性W及直接控制力矩实现标准力信号的输出，在低 速或者电机静止堵转时避免了烧坏电机的特点。实现了人手施加的力与标准的远传至主机 械手的力信号的匹配，具有便携性安装、灵活性佩戴的特点，并且避免了操作过程中使操作 者疲劳的问题。
[0014] W下结合附图和实施例详细说明本发明。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明手持式力反馈装置的框图。
[0016] 图2是图1中力反馈机械装置的结构示意图。
[0017]图中，1-空屯、手柄，2-空屯、编码器，3-圆孔，4-空屯、圆盘，5-压电薄膜传感器，6-摇 杆，7-法兰，8-力矩电机，9-摇杆安装孔，10-金属销，11-安装孔，12-旋转轴，13-空屯、编码器 引出线。
【具体实施方式】
[0018] 参照图1-2。在手持式力反馈装置的机械装置中，力矩电机驱动手指抓取的摇杆， 摇杆上装有力传感器测量手指的抓取力。力矩电机同轴固定有测量角位移的编码器。力反 馈装置将编码器测量的角位移和摇杆上力信号两路信号经过信号调理W及数据转换等接 口供微控制器数据采集。微控制器将角位移信号转换为一定的格式通过第一信号输出电路 输出至远端，W供远端从机械手信息获取。微控制器的第二信号输出实现对力矩电机的控 制信号给定。
[0019] 在力反馈装置的机械装置中，主要实现从机械手传送本地的力信号在主机械手的 再现，W及测量主机械手上的位姿信号作为从机械手的位姿跟踪信号。该力反馈装置机械 装置为手持式，可W任意配接在机械手的关节上，也可W用操作者手臂作为固定装置。该力 反馈装置机械装置中间为一个空屯、圆盘4,圆盘左侧力矩电机8嵌入到圆盘内部，力矩电机 为分装式，只有定子和转子固定好嵌入到圆盘内部。力矩电机定子右侧有连接装置与圆盘 通过螺钉连接。力矩电机左侧有法兰7将力矩电机固定在圆盘内部。法兰外力矩电机转子上 伸出一个摇杆6。在杆的末端平行于手柄方向有一个杆W实现人手的转动，作为接触点。电 机右侧有一个旋转轴，跟空屯、编码器2相连，编码器外端有固定装置固定在圆盘的右侧，编 码器在空屯、手柄1的里面。空屯、圆柱也固定在圆盘的右侧表面上。空屯、圆柱的直径不受左侧 力矩电机的影响。
[0020] 在力反馈装置的机械结构中，操作者手握着右侧的空屯、手柄上，用食指或者中指 去拨动摇杆使其旋转，摇杆上与手指尖接触位置装有压电薄膜传感器5,测量出手指对摇杆 施加的作用力，运个力作为操作者施加给机械手的作用力W实现从机械手抓取物体的力相 一致。
[0021] 在力反馈装置的机械结构中，在圆盘外侧有四个圆孔3,分别与圆屯、成90°角的排 列。水平方向上的一对圆孔可W与多自由度操作臂相连接，或者安装到固定装置上实现固 定作用。垂直于水平面上的一对圆孔可W连接一个连接装置固定到操作者的手臂上实现便 携式的固定。本装置可W通过螺钉跟机械臂配接，或者固定在操作者手臂上，实现了便携式 操作的目的。
[0022] 本发明包括力反馈机械装置所配套的电路部分，主要包括:信号调理电路、数据采 集、微控制器、第一信号输出电路、第二信号输出电路。主要实现的功能包括对机械装置上 摇杆分布的压电薄膜传感器的力信息测量，对力反馈装置上的编码器上测量力矩电机的转 角数字量计数，对通过总线远传过来的力信号的解码获取，通过第一信号输出电路对主机 械手上力矩电机转角向远端从机械手上的信号发送，实现从机械手的位置跟踪。并且通过 PID控制计算后获取的调节量W第二信号输出对力矩电机的电压控制调节。本系统可W实 现远程力信号测量后的力觉再现，操作者操作遥操作控制器，可W实现远程的力信号在操 作者有相同的力觉信息的感知。
[0023] 本发明包括力反馈机械装置所配套的电路部分，主要包括:信号调理电路、数据采 集、微控制器、第一信号输出电路、第二信号输出电路。基本功能首先完成对摇杆上的压电 薄膜传感器信号采集，通过滤波电路、实现50倍信号放大经A/D转换输入到微控制器。其次 微控制器完成对测量电机转动角度的编码器信号采集，由于编码器输出为RS485信号，通过 MAX485忍片连接到微控制器的串口通信模块完成信息交互。还要实现与从手的信息交互， 通过网络模块完成信号的收发。通过一定的通信协议实现微控制器对从机械手的力信号的 读取，另外将空屯、编码器对主机械手位置信息通过网络加通信协议发送给从机械手。为了 实现操作者对力反馈装置施加力与从手传递过来的力信号一致统一，通过PID控制实现对 力矩电机的调节。具体如式（1)、（2)所示。首先计算采集的压电薄膜传感器信号fm，并与从 手力信号fs做差值，得em，经过比例、积分、微分计算得到Um,由于本设计力矩电机输出转矩 与所加电压之间是二次函数关系，所W输出转矩最终调节量如式(3)所示。
[0024] (1)
[0025] (2)
[0026] (3)
[0027] 在应用控制板实现力反馈功能时，如果从机械手没有接触力信号远传至本地，主 机械手控制量为0,控制电路对力矩电机不做调解，此时主手力矩电机为自由状态。如果操 作者对摇杆作用力大于从手远传至本地的力信号，此时对力矩电机调节量减少，力矩电机 输出转矩减小，则摇杆对主手的反作用力也相应减小，反之亦然。
[0028] 本发明提供了一种利用力反馈装置实现力觉再现的方法，实现遥操作系统中远程 机械手抓取力信号在本地机械手操作者手指上的力觉信息的再现，使操作者有一种身临其 境的感觉，属于遥操作机器人技术及其控制领域。
[0029] 参照附图1~2,在前端力反馈装置中，力矩电机驱动手指抓取的摇杆，为摇杆提供 机械动力，摇杆上装有力传感器测量手指的抓取力，力传感器的类型为压电薄膜传感器，可 W将表面压力转化为可变的电阻值。在力矩电机同轴输出一个旋转轴，旋转轴与空屯、编码 器相连接，空屯、编码器咬合旋转轴实现角位移测量。力反馈驱动电路板将编码器测量的角 位移和摇杆上压电薄膜传感器测量力信号运两路信号经过信号调理W及数据转换等接口 供微控制器数据采集。微控制器将角位移信号转换为一定的格式通过第一信号输出电路输 出至远端，W供远端从机械手信息获取。微控制器的第二信号输出实现对力矩电机的控制 信号给定。其中第一信号输出电路为网络信号传输，第二信号输出实现D/A转换输出。
[0030] 本发明提供了一种利用力反馈装置实现力觉再现的方法，主要实现从机械手传送 本地的力信号在主机械手的再现，W及测量主机械手上的位姿信号作为从机械手的位姿跟 踪信号。该力反馈装置机械装置为手持式，可W任意配接在机械手的关节上，也可W用操作 者手臂作为固定装置。该力反馈装置机械装置中间为一个空屯、圆盘4,圆盘左侧力矩电机8 嵌入到圆盘内部，力矩电机为分装式，只有定子和转子固定好嵌入到圆盘内部。力矩电机定 子右侧有连接装置与圆盘通过螺钉连接。力矩电机左侧有法兰7将力矩电机固定在圆盘内 部。法兰外力矩电机转子上伸出一个摇杆6。在杆的末端平行于手柄方向有一个杆W实现人 手的转动，作为接触点。电机右侧有一个旋转轴12,跟空屯、编码器2相连，编码器外端有固定 装置固定在圆盘的右侧，编码器在空屯、手柄1的里面。空屯、圆柱也固定在圆盘的右侧表面 上。空屯、圆柱的直径不受左侧力矩电机的影响，只受编码器的影响。空屯、圆柱1下端有一个 孔，空屯、编码器的引出线13由此孔引出，引出线主要由给编码器供电W及编码器的信号输 出线，还有力矩电机的供电电源线W及控制信号线等组成。
[0031] 力矩电机是整个力反馈机械装置动力驱动装置的核屯、。力矩电机为多极永磁直流 电机，超薄盘式结构，定子转子可W分离，方便在本发明力反馈机械装置上安装。由于力矩 电机具有软的机械特性，可W满足堵转功能。当负载转矩增大时能自动降低转速，同时加大 输出转矩。当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速，堵转转矩高，堵转电流小，所 W能满足一定时间内的堵转要求。本次应用选择力矩电机主要是考虑其堵转特性与输出转 矩的直接可调性。
[0032] 本发明提供了一种利用力反馈装置实现力觉再现的方法，包括力反馈机械装置所 配套的电路部分，主要包括:信号调理电路、数据采集、微控制器、第一信号输出电路、第二 信号输出电路。主要实现的功能包括对机械装置上摇杆分布的压电薄膜传感器的力信息测 量，对力反馈装置上的编码器上测量力矩电机的转动角位移测量，对通过总线远传过来的 力信号的解码获取，通过第一信号输出电路对主机械手上力矩电机转角向远端从机械手上 的信号发送，实现从机械手的位置跟踪。并且微控制器通过PI的十算后获取的调节量W第二 信号输出对力矩电机的电压控制调节。
[0033] 在本发明中，测量力矩电机的转动角位移用的是空屯、旋转编码器，编码器为增量 式，是一种将旋转角位移转换成数字量的旋转式传感器。其输出有多种形式，运里选择的是 RS485输出，与微控制经过MAX485模块即可实现数据的通信。
[0034] 在本发明中，测量手指转动摇杆的指尖力用压电薄膜传感器测量，压电薄膜传感 器由压电薄膜、上下电极、保护层薄膜或屏蔽层构成。可W实现近似线性的压力与电阻值的 转换，采集压电薄膜传感器上的电压获取压力信号。对压力信号滤波电路采用RC滤波电路， 实现低通滤波，实现高频纹波的滤除。
[0035] 本发明中信号调理电路实现信号的放大功能，信号放大是用INA121F放大忍片实 现的。INA121是一种低功耗，高精度的差压放大器，具有高增益、低漂移、高输出阻抗、低输 出阻抗的特点。将力信号测量的电压W差分形式输入INA121放大输入端，放大倍数根据外 接电阻调节实现比例放大，经放大器输出端得到输出信号。然后将放大后的信号经过RC滤 波电路实现低通滤波，实现高频纹波的滤除。
[0036] 本发明中的微控制器采用MSP430F5438，MSP430F5438上配置有A/D转换，D/A转换 模块，可W直接实现对压电薄膜传感器采集的接触力信号的采集W及对电机转矩控制的电 压输出。MSP430F5438电源电压采用1.8~3.6V的宽电压范围供电，待机电流小于化A，具有 超低功耗的功能。MSP430单片机是16位的单片机，采用了目前业内流行的精简指令集 (RISC),具有强大的数据处理能力。另外MSP430F5438具有高性能模拟技术及丰富的片上外 围模块:LCD驱动器，串行通讯器，看口狗定时器，溫度传感器等，所W运里选用MSP430巧438 单片机。主要实现数据的周期性采集，通过定时器实现对主手接触力信号采集与从手力信 号截码并读取，经过PI的十算出对力矩电机调节电压值，通过第二信号输出电路实现数据输 出，其中第二信号输出电路为D/A转换输出到力矩电机电压控制端。
[0037] 本发明中第一信号输出电路实现Internet网络通信的远传功能。实现Internet网 络通信的模块单元采用W太网控制忍片RTL8019AS，采用TCP/IP协议，其中本地IP地址固化 在单片机RAM内，MSP430通过RS232串口与RTL8019AS相连。MSP430单片机主要完成Internet 数据的解包和串口 RS232数据的封包。远处从机械手传输来的数据包经过Internet物理媒 介到达W太网控制忍片RTL8019AS内，irrL8019AS执行地址解析协议，然后交给MSP430单片 机，单片机执行TCP/IP协议模块，去掉TCP/IP报头后将数据通过RS232串行口交给数据采集 系统的现场设备。反之，如果是现场设备发送数据到单片机，那么单片机将数据按照TCP/IP 协议格式封包后送入RTL8019AS，由网卡忍片传输到Internet中。通过上述方式，MSP430单 片机完成与Internet的交互，从而实现数据采集系统的互联网远程控制。
[0038] 本发明对电路需要电源供电，需要电源模块转换电路。整个系统的电压输入范围 是3V~24V电压，整个电路需要5V、3.3V电源供电，运里选择的忍片为LM317、TPS76950、 TPS76933共S种忍片。LM317作为输出电压可变的集成S端稳压块，是一种使用方便、应用 广泛的集成稳压块。其调压范围宽、稳态性能好、具有输出电压可调的特点。LM317将宽范围 的3V~24V电压转换为IOV电压，输入电压端用二极管起保护作用，LM317利用外接电阻实现 输出电压的线性可调，输出电压端用电容实现稳压保护作用。
[0039] 对5V电压和3.3V电压的需要，用忍片TPS76950和TPS76933在实现。忍片TPS76950 和TPS76933为变换电压忍片，当输入的电压在IOV左右时，输出电压可W稳定在5V和3.3V， 相应电容为稳压作用。
[0040] 在力反馈装置实现力觉再现的方法中，控制量根据测量信号与远传至本地的标准 信号计算出调节量。如果从机械手没有接触力信号远传至本地，主机械手控制量为0,控制 电路对力矩电机不做调解，此时主手力矩电机为自由状态。如果操作者对摇杆作用力大于 从手远传至本地的力信号，此时对力矩电机调节量减少，力矩电机输出转矩减小，则摇杆对 主手的反作用力也相应减小。PID控制是一个局部最优过程，无法达到最优控制目标。所W 要经过调整试触找到合适的PID参数。在整定PID控制器参数时，可W根据控制器的参数与 系统动态性能和稳态性能之间的定性关系，用实验的方法来调节控制器的参数。首先调节P 参数到合适的超调范围内，再调节I参数W消除系统静态误差，最后调节D参数增加系统响 应能力。
【主权项】
1. 一种手持式力反馈装置，其特征在于:包括机械装置、信号调理电路、数据采集模块、 微控制器、第一信号输出电路和第二信号输出电路;所述机械装置包括空屯、手柄（1)、空屯、 编码器（2)、空屯、圆盘(4)、压电薄膜传感器(5)、摇杆(6)、法兰（7)、力矩电机(8)和旋转轴 (12);所述机械装置主体是一个空屯、圆盘(4)，空屯、圆盘(4)左侧是力矩电机(8)，力矩电机 (8)为分装式，力矩电机(8)的定子和转子固定好嵌入到空屯、圆盘(4)内部；力矩电机(8)定 子的右侧有连接装置与空屯、圆盘(4)通过螺钉连接；力矩电机(8)左侧通过法兰(7)与空屯、 圆盘(4)固定;力矩电机(8)转子上伸出一个摇杆(6);在摇杆(6)的末端平行于空屯、手柄（1) 方向有一个横杆与力矩电机(8)转子固连；力矩电机（8)右侧有一个旋转轴（12)，旋转轴 (12)与空屯、编码器(2)相连，旋转轴（12)外端通过固定装置固定在空屯、圆盘(4)的右侧，旋 转轴（12)位于空屯、手柄（1)里面;空屯、手柄（1)固定在空屯、圆盘(4)右侧表面;摇杆(6)的末 端装有压电薄膜传感器(5)，空屯、圆盘(4)外侧有四个圆孔(3)，分别与圆屯、成90°角排列；水 平方向上的一对圆孔(3)用于与多自由度操作臂连接，或者安装到固定装置上;垂直于水平 面上的一对圆孔(3)连接一个连接固定装置;所述机械装置上压电薄膜传感器巧）的信号通 过信号调理电路和数据采集模块，实现50倍信号放大经A/D转换输入到微控制器;通过第一 信号输出电路对力矩电机(8)转角向远端发送信号，实现位置跟踪;PID控制计算后获取的 调节量通过第二信号输出电路对力矩电机(8)的电压进行控制调节。2. -种利用权利要求1所述手持式力反馈装置实现力觉再现的方法，其特征在于包括 W下步骤： 机械装置上压电薄膜传感器(5)的信号通过信号调理电路和数据采集模块，实现50倍 信号放大经A/D转换输入到微控制器;通过第一信号输出电路对力矩电机(8)转角向远端发 送信号，实现位置跟踪;PID控制计算后获取的调节量通过第二信号输出电路对力矩电机 (8)的电压进行控制调节;通过PID控制对力矩电机(8)进行调节;具体如式（1)、（2)所示;首 先计算采集压电薄膜传感器巧）的信号fm，并与从手力信号fs做差值，得em，经过比例、积分、 微分计算得到Um,由于本设计力矩电机输出转矩与所加电压之间是二次函数关系，所W输 出转矩最终调节量如式(3)所示；(2) (3) 控制量根据测量信号与远传至本地的标准信号计算出调节量;如果没有接触力信号远 传至本地，主机械手控制量为0,微控制器对力矩电机(8)不做调解，此时主手力矩电机(8) 为自由状态;如果操作者对摇杆(6)作用力大于从手远传至本地的力信号，此时对力矩电机 (8)调节量减少，力矩电机(8)输出转矩减小，则摇杆(6)对主手的反作用力也相应减小;在 整定PID控制器参数时，根据微控制器的参数与系统动态性能和稳态性能之间的定性关系， 首先调节P参数到超调范围内，再调节I参数W消除系统静态误差，最后调节D参数增加系统 响应能力。
【文档编号】B25J9/16GK105904456SQ201610284950
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】刘卫东, 张建军, 高立娥, 张洁
【申请人】西北工业大学