基于开放式架构的操纵力感控制系统

摘要

本发明公开了一种基于开放式架构的操纵力感控制系统，包括工业PC机、力加载设备、操纵杆和信号采集设备。实时控制模块通过SERCOS3通讯板卡向力加载设备发出控制指令，使操纵杆上产生相应的加载力；通过模数采集板卡接收信号采集设备采集作用在操纵杆上的加载力，从而形成力闭环控制。核心部分均采用软件模块，用户可进行修改；力加载设备也可增加或删减，并且不影响所述操纵力感控制系统的伺服频率。所述操纵力感控制系统具有可扩展性、可互换性及可伸缩性，开放性程度较高。由于采用了SERCOS3实时以太网总线，伺服频率能够达到四千赫兹，力感逼真度及控制系统的可靠性都得到了大大地提高。可用于需要模拟各种力感的设备。

主权项

一种基于开放式架构的操纵力感控制方法和装置，其特征是包括工业PC机（18）、力加载设备（8）、信号采集设备（13）和操纵杆（15）； 所述的工业PC机（18）的共享内存区（2）分别与人机界面模块（1）、安全保护模块（3）、实时控制模块（4）连接；安全保护模块（3）与实时控制模块（4）连接；实时控制模块（4）分别与SERCOS3通讯实时驱动模块（5）、模数采集实时驱动模块（1）7连接；SERCOS3通讯实时驱动模块（5）与SERCOS3通讯板卡（6）连接；模数采集实时驱动模块（17）与模数采集板卡（16）连接；所述的力加载设备(8)的SERCOS3数字伺服驱动器(7)分别与光电编码器(9)和电动缸(10)连接；所述的信号采集设备(13)的信号放大器(14)和力传感器(11)连接；所述的工业PC机(18)分别通过SERCOS3通讯板卡(6)、模数采集板卡(16)与力加载设备(8)的SERCOS3数字伺服驱动器(7)和信号采集设备(13)的信号放大器(14)连接；力加载设备(8)的电动缸(10)与信号采集设备(13)的力传感器(11)连接；信号采集设备(13)的力传感器(11)通过连接杆(12)与操纵杆(15)连接；工业PC机（18）的安全保护模块（3）通过监控实时控制模块（4）发出的速度指令是否存在跳变及过大，以保证整个系统不受到损害；人机界面模块（1）通过共享内存区（2）与安全保护模块（3）及实时控制模块（4）联系；所述人机界面模块（1），是一个通用的运行在用户态下的windows界面程序，可以通过界面程序设置系统运行方式，监控系统参数变化，进行应急关闭操作；共享内存区（2）是人机界面模块（1）和实时控制模块（4）与安全保护模块（3）间的数据共享区，实时控制模块（4）从共享内存区（2）读取系统操作指令并予以执行，同时把操纵杆力与位置的实际采样值存入共享内存区（2），人机界面模块（1）从共享内存区（2）读取操纵杆力与实际位置并显示在界面上供操作者监控；所述工业PC机(18)除人机界面模块(1)工作于非实时部分外，其它均工作于实时部分；实时控制模块(4)通过SERCOS3通讯实时驱动模块(5)、SERCOS3通讯板卡(6)实时以太网总线向力加载设备(8)的SERCOS3数字伺服驱动器(7)发出控制指令，SERCOS3数字伺服驱动器(7)通过电源电缆将实时控制模块(4)发出的指令作用到电动缸(10)上，电动缸(10)通过连接杆(12)将力施加在操纵杆(15)上，使操纵杆(15)上产生相应的加载力；光电编码器(9)安装于电动缸(10)上，实时测量电动缸(10)的当前位置并通过信号电缆反馈给SERCOS3数字伺服驱动器(7)；信号采集设备(13)的力传感器(11)安装于电动缸(10)与操纵杆(15)之间，以测量电动缸(10)施加在操纵杆(15)上的实际力，并将此力通过信号放大器(14)反馈给所述工业PC机(18)的模数采集板卡(16)，从而形成力闭环控制。