[发明专利]一种力反馈装置的反馈力动态误差建模与补偿方法

说明书

一种力反馈装置的反馈力动态误差建模与补偿方法，力反馈装置包括平动自由度机构、转动自由度机构，以及控制箱；动态补偿处理单元包括参数辨识模块、补偿值计算模块；平动自由度机构末端连接有转动自由度机构；转动自由度机构与连接机构一相连；连接机构一与力传感器的一端连接；力传感器的另一端通过连接机构二固定在所述的滑台上；动态补偿处理单元可接收力传感器信息，还可与所述控制箱通信。动态误差建模与补偿方法包括基于光电编码器和力传感器的系统质量和转动惯量参数辨识方法，以及反馈力的补偿控制方法。本发明力反馈装置的反馈力动态误差建模与补偿方法提高了装置的力反馈精度。

技术领域

本发明属于机器人学、控制科学、计算机科学、人机交互技术、传感技术的交叉领域，特别是涉及一种力反馈装置的反馈力动态误差建模与补偿方法。

背景技术

力反馈装置，是一种带力觉感知的人机接口装置，能够提高操作人员控制作业的临场感。一方面，它能通过测量操作者手部的位置信息作为控制指令控制机器人或者虚拟现实中的虚拟机器人跟踪人手的运动。另一方面，将机器人反馈回来的力触觉信息作为输入，控制电机输出力/力矩，使操作者感受到力反馈。从而产生在远地机器人工作现场或虚拟机器人工作现场的“身临其境”的力触觉临场感效果，实现带感觉的控制，或者在虚拟环境中产生真实的触摸感觉。

因此，力反馈的精度会很大程度上影响力触觉的真实感。现有对力反馈装置的研究多集中在机构及控制方法，如6自由度通用型异构式机器人手控器(发明专利申请号：02138700.1)，对于运动变化引起的力反馈精度变化的研究较少，多数衡量力反馈装置的指标其实都是静态情况下的。而实际上运动状态下会产生惯性力及科氏力，这就导致相同的电机输出情况下，动态时与静态时反馈力不同。因此，若在动态情况下仍然采用与静态情况下相同的控制方法，就会产生误差。若运动较为剧烈，则误差会非常明显。特别是如平面上推动物体这类动作，力反馈装置在持续运动，而反馈力应一直等于动摩擦力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，力反馈装置在动态情况下，由于惯性力、科氏力的影响，而产生的误差问题，本发明旨在提供一种高易用性、高通用性的力反馈装置的反馈力动态误差建模与补偿方法，实现力反馈装置在动态情况下也能提供高精度反馈力。

本发明提供一种力反馈装置的反馈力动态误差建模与补偿方法，具体步骤如下，

所述建模与补偿方法所述的动态误差建模与补偿方法包括基于光电编码器和力传感器的系统质量和转动惯量参数辨识方法，以及反馈力的补偿控制方法；所述基于光电编码器和力传感器的系统质量和转动惯量参数辨识方法，通过所述参数辨识模块进行实现，包括如下步骤：

步骤1，通过拉格朗日方程进行动力学建模，得到力反馈装置的动力学模型；

步骤2，反馈力设定值置为定值F；

步骤3，读取光电编码器当前数据，并对光电编码器当前数据进行滤波，获得去噪后的光电编码器数据；

步骤4，关闭定时器；计算上次读取光电编码器数据到这次读取光电编码器数据所经历的时间；开启定时器，开始对下一次采集间隔进行计时；

步骤5，记录保存间隔时间、光电编码器数据；

步骤6，读取力传感器数据，即实际反馈力，记录保存实际反馈力；

步骤7，由于前两组数据需要舍弃，所以判断当前是否是第三次进行间隔时间的计算，若是则进入步骤8，若不是则回到步骤3；

步骤8，控制滑台以设定好的运动规律进行运动；

步骤9，判断滑台是否运动到达目标位置，若到达则运动结束，进入步骤10，若未到达则回到步骤3；

步骤10，将记录的光电编码器数据换算为关节角数据；