[发明专利]一种模块化触觉感知控制装置及方法

说明书

本发明的一种模块化触觉感知控制装置及方法，装置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；触觉信息采集模块用于采集接触力信息，实现接触力检测和识别的功能。主控制器模块用与完成电机的方波控制、电流闭环控制、速度闭环控制、接触力阻抗变换闭环控制、接收信息采集模块的信息反馈、运算以及控制信号的发送。多路电机驱动模块用于接收主控制器模块发送的电机控制信号，直接对电机进行运动控制。本发明方法利用触觉信息采集模块反馈的实时接触力信号和给定力信号做偏差，再经过阻抗变换后形成速度闭环反馈控制信息，同时将速度偏差与其进行叠加，再进行速度闭环调节，最后可精确的完成力控制。

技术领域

本发明属于感知与控制技术领域，涉及一种模块化触觉感知控制装置及方法。

背景技术

随着我国生产力水平和人民生活水平的不断提高，机器人技术在工业领域和服务领域都得到了广泛应用，为了让机器人来完成各种复杂和精细的任务，基于触觉感知的机器人控制技术已是感知与控制领域研究的重要内容。之前，基于触觉感知的控制技术在许多领域已有所应用，例如，美国科研人员在内窥镜手术的导管顶部安装触觉传感器，可检测疾病组织的刚度，根据组织柔软度施加合适的力度，保证手术操作的安全；德国KUKA公司开发了带有触觉的机器臂LBRiiwa并将其商业化，第一个实现了实际应用的人机协同和触觉机器人精确组装的系统；德国菲劳恩霍夫制造技术和应用材料研究院的马库斯-梅瓦尔研制出新型触觉系统的章鱼水下机器人，可精确地感知障碍物状况，可以自动完成海底环境的勘测工作；新松机械臂应用了触觉传感器，赋予机器人触觉实现装配、喷漆、检测等工作。但是以上的应用都是在专用领域做的技术开发，并不具有普适性。此外，在之前的应用中，控制系统的可扩展性不强，因此，接收的触觉信息数量有限，感知的范围和能力也都受到限制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种模块化触觉感知控制装置及方法，装置具有很好的扩展性，提高触觉感知的范围和能力，使其应用具有普适性。

本发明提供一种模块化触觉感知控制装置，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。

在本发明的模块化触觉感知控制装置中，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。

在本发明的模块化触觉感知控制装置中，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；