[发明专利]一种模块化触觉感知控制装置及方法

权利要求书

1.一种模块化触觉感知控制装置，其特征在于，包括：触觉信息采集模块、主控制器模块、多路电机驱动模块、多个电机和多个机械传动机构；

所述触觉信息采集模块，包括多个触觉传感器，每个触觉传感器用于采集对应的机械传动机构输出实时接触力信号；

所述多路电机驱动模块，包括多个功率驱动器，用于根据主控制器模块输出的PWM控制信号和电机正反转控制信号，实现对多个电机的驱动；

所述电机接收相应功率驱动器输出的控制信号，并通过相应的机械传动机构实现对负载的运动控制；

所述电机设有编码器模块，用于反馈实时速度信号；所述多路电机驱动模块，还包括多个编码器接口模块，编码器接口模块用于接收相应的编码器模块所反馈的实时速度信号；

所述主控制器模块，用于接收实时接触力信号、实时速度信号和功率驱动器输出的实时电流信号，实现对电机的120°方波控制、电流闭环控制、速度闭环控制以及接触力阻抗变换闭环控制；

所述触觉传感器用于采集三维空间的全力信息，并转换为电压变化信号，再通过数字变换后形成数字信号发送给主控制器模块；

所述主控制器模块包括：数字解耦器、阻抗变换电路、速度控制器、电流控制器和电流采样滤波电路；

所述数字解耦器，用于将触觉传感器发送的数字信号转换成实时接触力信号；实时接触力信号和接触力阻抗变换闭环控制的给定力信号做差值运算获得力偏差信号；

所述阻抗变换电路，用于对力偏差信号做阻抗变换，获得速度偏移值；

给定速度和实时速度信号作差值运算获得速度偏差信号，速度偏差信号和速度偏移值做叠加运算后形成速度闭环控制的给定值输入到速度控制器；

所述速度控制器用于对速度闭环控制的给定值进行调节，形成的信号作为电流闭环控制的电流给定值；

所述电流采样滤波电路，用于采集功率驱动器输出的实时电流信号；

所述电流控制器，用于将实时电流信号和电流给定值做差运算所得的电流偏差转换成PWM控制信号，并输出给功率驱动器。

2.如权利要求1所述的模块化触觉感知控制装置，其特征在于，所述主控制器模块还包括CAN总线接口模块，通过CAN总线接口模块可实现多个模块化触觉感知控制装置的通信。

3.如权利要求1所述的模块化触觉感知控制装置，其特征在于，所述触觉信息采集模块和主控制器模块都设有SPI总线接口，通过SPI总线实现高速、实时通讯。

4.如权利要求1所述的模块化触觉感知控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括电源模块，用于向触觉信息采集模块、主控制器模块和多路电机驱动模块供电；电源模块包括24V直流电源模块、24V转15V电源模块、15V转5V电源模块和5V转3.3V电源模块。

5.如权利要求1所述的模块化触觉感知控制装置，其特征在于，所述主控制器模块采用STM32微控制器。

6.一种模块化触觉感知控制方法，其特征在于，所述方法包括：

采集时接触力信号、电机的实时速度信号和实时电流信号；

对电机进行电流闭环控制、速度闭环控制、接触力阻抗变换闭环控制和120°方波换向控制，以实现对电机所驱动的负载的运动控制；

所述闭环控制具体为：

接触力阻抗变换闭环控制：采集实时接触力信号，实时接触力信号和给定力信号做差值运算获得力偏差信号，力偏差信号做阻抗变换获得速度偏移值，速度偏移值作为第一叠加信号输入到主控制回路；

速度闭环控制：采集实时速度信号，实时速度信号和速度给定值做差运算获得速度偏差信号，速度偏差信号作为第二叠加信号输入到主控制回路；速度偏移值和速度偏差信号做叠加运算后进行速度调控，以获得电流闭环控制的电流给定值；

电流闭环控制：采集实时电流信号，对实时电流信号和电流给定值做差运算所得的电流偏差值进行调控，获得PWM控制信号对电机进行控制。