远程操纵系统用操纵反力模拟及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种远程操纵系统用操纵反力模拟及控制系统，包括操纵机构、位置传感器、力传感器、反力模拟机构、功率驱动、控制器，其特征在于：位置传感器和力传感器分别对操纵机构的当前操纵位移和操纵力进行检测，控制器接收位置传感器信号和力传感器信号，同时实现操纵反力的计算、反力模拟控制算法和指令力闭环控制，并将电压控制信号输出给功率驱动模块以实现对操纵反力的模拟。本发明专利技术在不基于远程操纵系统执行机构的前提下，通过对操纵机构反力模拟控制算法的设计，即可实现对包括任意幅值摩擦力在内的任意操纵反力的真实模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械操纵
，具体涉及远程操纵系统操纵反力模拟技术。
技术介绍
远程操纵系统正广泛应用于工业生产与日常生活领域，如远程手术、远程机器人操纵以及应用在汽车、飞机等交通工具上的线控技术等。远程操纵系统通常包含操纵机构以及执行机构，操纵机构作为与操纵人员直接互相作用的接口，其除了起到接收操纵人员的操纵指令作用外，还起到为操纵人员提供必要的操纵反力作用，以增强操纵人员的临场感觉。操纵机构内部通常装有位置传感器和力(力矩)传感器，以及用以提供操纵反力的反力模拟机构，反力模拟机构对反力模拟效果的好坏，将直接影响到操纵人员的操纵感觉；此外，反力模拟机构往往还要求操纵力特性有较好的可调节性，以满足操纵人员不同的操纵体验。现有远程操纵系统的操纵机构反力模拟方法主要有两种，一种是基于执行机构实际执行力(力矩)的方法，即通过对反力模拟的控制将实际执行机构的执行力(力矩)复现出来；另一种是基于模型的计算反力模拟方法，即将操纵机构的操纵位置作为模型的输入信号，将通过模型计算得到的反力(力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远程操纵系统用操纵反力模拟及控制系统，包括操纵机构、位置传感器、力传感器、反力模拟机构、功率驱动、控制器，其特征在于：位置传感器和力传感器分别对操纵机构的当前操纵位移和操纵力进行检测，控制器接收位置传感器信号和力传感器信号，同时实现操纵反力的计算、反力模拟控制算法和指令力闭环控制，并将电压控制信号输出给功率驱动模块以实现对操纵反力的模拟。

【技术特征摘要】
1.一种远程操纵系统用操纵反力模拟及控制系统，包括操纵机构、位置传感器、力传感
器、反力模拟机构、功率驱动、控制器，其特征在于：位置传感器和力传感器分别对操纵机构
的当前操纵位移和操纵力进行检测，控制器接收位置传感器信号和力传感器信号，同时实现操
纵反力的计算、反力模拟控制算法和指令力闭环控制，并将电压控制信号输出给功率驱动模块
以实现对操纵反力的模拟。
2.根据权利要求1所述的远程操纵系统用操纵反力模拟及控制系统，其特征在于：所述
控制器的操纵反力的计算包括：将操纵力特性分解为刚度项和摩擦项，并可通过对可调操纵力
特性的参数进行修改实现任意形状的操纵力特性，通过接收到的操纵机构位置信号，输出操纵
力的刚度项和摩擦项的计算值；其中，操纵力特性指操纵机构的操纵力与位置的关系。
3.根据权利要求2所述的远程操纵系统用操纵反力模拟及控制系统，其特征在于：所述
可调操纵力特性的参数是指：可调操纵力特性根据距离操纵机构中间位置的远近可分为三个区
域：区域(1)、区域(2)和区域(3)；
其中：区域(1)是操纵机构总体可操纵距离三分之一以内范围区域；区域(2)是指操纵
机构总体可操纵距离三分之一至三分之二范围区域；区域(3)是指操纵机构总体可操纵距离
三分之二以外范围区域；
可调操纵力特性的计算包括分布在这三个区域的七个可调参数，通过对这七个参数的调整
便可以实现任意的操纵力特性。
4.根据权利要求3所述的远程操纵系统用操纵反力模拟及控制系统，其特征在于：所述
七个参数包括：
①区域(1)内的操纵力特性的比例值K1：表示区域(1)内操纵力矩相对于操纵位移的
变化率，即操纵力矩对方向盘角度的偏导数值；
②区域(1)内的操纵力特性的摩擦力值F1：表示区域(1)内操纵力矩中的摩擦力值，即
操纵力矩值上限与下限值之差的一半；
③区域(2)内的操纵力特性的比例值K2：表示区域(2)内操纵力矩相对于操纵位移的
变化率，即操纵力矩对方向盘角度的偏导数值；
④区域(3)内的操...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧，李琪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31