一种脚踏板电驱动控制方法和系统技术方案

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种脚踏板电驱动控制方法和系统
本专利技术实施例涉及远程遥控驾驶
，特别涉及一种脚踏板电驱动控制方法和系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，本专利技术的实施例提供了一种脚踏板电驱动控制系统，包括：采集模块，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；上位计算机，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；PID控制单元，以所述交互力与所述模拟阻力期望之间的偏差作为控制器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，所述采集模块包括位移传感器和力传感器，所述位移传感器和所述力传感器设于所述脚踏板上；所述位移传感器用于实时确定远程驾驶系统中脚踏板的位移信号，并将所述位移信号传输至所述上位机模块，所述力传感器用于采集操作者与脚踏板之间的交互力，并将所述交互力传输至所述PID控制单元。作为优选的，所述脚踏板通过减速器连接有电机，所述电机连接有驱动器，所述驱动器连接所述PID控制单元。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。作为优选的，所述位移传感器连接有信号调理器，所述信号调理器连接有滤波器，所述滤波器通过串口通信连接所述PID控制单元。本专利技术实施例提供的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。附图说明一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。图1是根据本专利技术实施例一的一种脚踏板电驱动控制方法流程示意图；图2是根据本专利技术实施例二的一种脚踏板电驱动控制系统示意图；图3是根据本专利技术实施例的力闭环控制算法流程图。具体实施例为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本专利技术各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本专利技术的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在远程遥控驾驶领域，操纵机构作为远程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脚踏板电驱动控制方法，其特征在于，包括：/n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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种脚踏板电驱动控制方法，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的脚踏板电驱动控制方法，其特征在于，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。


3.一种脚踏板电驱动控制系统，其特征在于，包括：
采集模块，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；
上位计算机，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；
PID控制单元，以所述交互力与所述模拟阻力期望之间的偏差作为控制器PID控制单元的输入信号，以所述PID...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小凯，杨文林，陶浩，张治彪，李亚锋，吕浩亮，张弓，侯至丞，王卫军，
申请(专利权)人：广州中国科学院先进技术研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44