[发明专利]触觉反馈装置及其变阻尼控制方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及触觉反馈装置及其控制方法。

背景技术

触觉反馈技术自从二十世纪初产生以来一直是科研人员研究的热点对象。在各种主从操作或者远程操作应用中都得到了广泛应用。

在控制系统中，触觉反馈装置必须准确地把触觉反馈装置的位姿传递给被操作端，还需要在必要时降低被操作端的运动速度与距离，从而增加操作的稳定性和减小风险。如在MicroHandA等手术机器人控制系统中引入了比例控制，它具有3：1和5：1两种主从映射比例，其中前者在常规操作下使用后者在精细操作下使用。该种控制方法虽然能够规避风险，但是不能解决操作时轻微抖动造成的细微影响，且当操作者由于失误等原因造成较大速度与位移的行为(“过操作”)并没有进行风险控制，其只能减小过操作的程度，而不能阻止和调整这种过操作行为。

发明内容

本发明的目的在于提供一种触觉反馈装置及其变阻尼控制方法及应用，以防范过操作带来的风险。

一种触觉反馈装置包括控制设定输入端，控制器、具有n个关节的机械臂，每个所述关节设有电机，所述电机分别与控制器耦接，

所述控制器接收从所述控制设定输入端设定的笛卡尔空间的阻尼系数C_x,C_y,C_z，C_θx，C_θy，C_θz，其中C_x,C_y,C_z分别是笛卡尔空间中X轴、Y轴、Z轴的直线方向的阻尼系数，C_θx，C_θy，C_θz绕笛卡尔空间中X轴、Y轴、Z轴的旋转方向的阻尼系数；

所述控制器根据所述笛卡尔空间的阻尼系数计算出各关节的阻尼力矩τ_i(i＝1到n的整数)；

所述控制器根据所述各关节的阻尼力矩，各关节的摩擦补偿力矩和各关节的重力补偿力矩得到各个关节处的合力矩τ，从而得到合力矩矩阵；

所述控制器控制每个电机根据合力矩矩阵输出驱动力矩，驱动电机所连接的关节。

所述的触觉反馈装置的是实施例中，所述笛卡尔空间的阻尼系数{Cx=Cy=CzCθx=Cθy=Cθz,]]>以使所述机械臂的阻尼在笛卡尔空间中各向同性。

所述的触觉反馈装置的是实施例中，各所述的关节还设置有位置传感器，所述位置传感器用于检测相连的关节在关节空间中的关节速度所述控制器根据所述关节速度并由以下公式获得各关节的阻尼力矩τ_i：