多自由度力反饋技術(shù)研究.pdf

1、隨著傳感器技術(shù)以及計算機技術(shù)的快速發(fā)展，力覺人機交互技術(shù)得到了越來越多研究者的關(guān)注和重視。作為力覺人機交互的一種重要實現(xiàn)手段，力反饋技術(shù)被廣泛的用于各種人機交互領(lǐng)域，包括虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域、無人機控制技術(shù)領(lǐng)域、遙操作機器人等。國外對于力反饋技術(shù)的研究起步較早，有較成熟的商用力反饋設(shè)備和配套的可擴展平臺軟件，而國內(nèi)對該方面的研究與國外相比還有較大差距，不僅體現(xiàn)在力反饋設(shè)備的硬件及機械技術(shù)上，還體現(xiàn)在上位機軟件系統(tǒng)上，其可擴展性、通用性以及模塊化

2、程度不高。
　　本文根據(jù)多自由度力反饋技術(shù)研究的需要，設(shè)計了一套多自由度力反饋系統(tǒng)，具體包括多自由度力反饋設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計以及軟件系統(tǒng)設(shè)計。其中力反饋設(shè)備結(jié)構(gòu)末端具有多個運動自由度，包括三維平動、三維轉(zhuǎn)動以及指部運動的自由度;硬件系統(tǒng)完成對每個運動關(guān)節(jié)上的光電編碼器的信號采集以及電機控制，同時實現(xiàn)與上位機的串口通訊;軟件系統(tǒng)主要包括檢測控制軟件和虛擬現(xiàn)實軟件兩部分，分別實現(xiàn)與力反饋設(shè)備的信息交互和虛擬環(huán)境的構(gòu)建。該多自由

3、度力反饋系統(tǒng)具有解耦簡單，工作空間大，位置測量精度高，軟件可擴展性強、應用面廣等優(yōu)點。
　　本文的主要研究工作和創(chuàng)新點在于:(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，三維平動結(jié)構(gòu)和三維轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)分開進行設(shè)計，采用并聯(lián)連桿結(jié)構(gòu)和菱形拉伸結(jié)構(gòu)相串聯(lián)的方式設(shè)計了三維平動結(jié)構(gòu)，三維轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)安裝在三維平動結(jié)構(gòu)末端，從而實現(xiàn)三維平動與三維轉(zhuǎn)動的機械解耦，避免了復雜的軟件解耦。(2)硬件系統(tǒng)設(shè)計采用了差分電路作為編碼器信號的調(diào)理電路用來提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性能，CPLD

4、作為MCU的協(xié)處理器，專門用于多路光電編碼器信號的實時采集以及多路電機驅(qū)動器信號的生成，大大提高了硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率。(3)軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思路，把上位機與力反饋設(shè)備進行信息交互的檢測控制軟件作為一個模塊進行設(shè)計，同時制定了該軟件對外通信的接口規(guī)范，實現(xiàn)了檢測控制軟件與自主設(shè)計的虛擬現(xiàn)實軟件的對接。此外還將力反饋設(shè)備與CHAI-3D軟件平臺進行對接，極大的簡化了軟件的設(shè)計，提高了軟件可擴展性。(4)通過位置測量與標定實驗，驗證