專利名稱：一種七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于多自由度カ反饋遙操作場合，如航空航天、醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實(shí)等。
ニ背景技術(shù)：
隨著交互式遙操作機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，將需要大量的具有力觸覺反饋的人機(jī)接ロ裝置。機(jī)器人手控器是常見的機(jī)器人遙操作人機(jī)接口裝置，它ー方面測量操作者手部的位置信息作為控制指令控制機(jī)械手或者虛擬現(xiàn)實(shí)中的虛擬機(jī)械手跟蹤人手的運(yùn)動，另一方面，將機(jī)器人反饋回來的力觸覺信息轉(zhuǎn)換成直接作用于人手的力或カ矩，使操作者產(chǎn)生在遠(yuǎn)地機(jī)器人工作現(xiàn)場或虛擬機(jī)器人工作現(xiàn)場的“身臨其境”的カ觸覺臨場感效果，從而實(shí)現(xiàn)帶感覺的控制，或者在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生真實(shí)的觸摸感覺。七自由度力反饋手控器能夠滿足多自由度帶カ反饋遙操作的要求，可應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、搶險救援、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域，具 有廣泛的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案ー種七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)，包括微處理器模塊、位置檢測模塊、力反饋模塊、通訊接ロ模塊及電源模塊，在微處理器模塊上分別連接有位置檢測模塊和カ反饋模塊，位置檢測模塊包括含有第一至第七光電編碼盤的光電編碼電路、含有第一至第七光耦合器的第一光電隔離電路、含有第一至第三計數(shù)器的脈沖計數(shù)電路及含有第一至第四D觸發(fā)器的鑒相電路，光電編碼電路中的7個光電編碼盤分別用于接收七自由度力反饋手控器的7個自由度的位置信號，且每個光電編碼盤產(chǎn)生A相脈沖信號和B相脈沖信號，第一至第七光電編碼盤產(chǎn)生的7路A相脈沖信號分別通過第一至第七光耦合器傳送至第一至第三計數(shù)器，脈沖計數(shù)電路的輸出端和控制端與微處理器模塊的計數(shù)數(shù)據(jù)端口和計數(shù)控制端ロ相連，第一至第七光電編碼盤產(chǎn)生的7路A相脈沖信號和7路B相脈沖信號分別通過第一至第七光耦合器傳送至第一至第四D觸發(fā)器，鑒相電路的輸出端與微處理器模塊的方向數(shù)據(jù)端ロ相連，力反饋模塊包括含有第一至第四非門的反相電路，含有第八至第九光耦合器的第二光電隔離電路，含有第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器的D/A轉(zhuǎn)換電路，含有第一至第七電機(jī)驅(qū)動器的電機(jī)驅(qū)動電路，含有第一至第七直流電機(jī)的電機(jī)組，反向電路中的4個非門的輸入端分別與微處理器模塊的カ反饋數(shù)據(jù)輸出端和カ反饋控制輸出端相連，第一至第四非門的4個輸出端分別通過第八至第九光耦合器傳送至第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器，第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器的14個輸出端分別通過第一至第七電機(jī)驅(qū)動器傳送至第一至第七直流電機(jī)，第一至第七直流電機(jī)通過堵轉(zhuǎn)方式為手控器的各個自由度提供反饋カ/カ矩。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)可測量手控器七個自由度的位置信息和為手控器各自由度提供反饋カ/カ矩，滿足多自由度力反饋遙操作的要求。2、本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)具有串ロ通訊接口和USB通訊接ロ，滿足不同應(yīng)用場合對通訊接ロ的要求，擴(kuò)大了手控器的使用范圍。3、本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)通過功能鍵模塊，為手控器提供復(fù)位、擴(kuò)展行程、記錄當(dāng)前位置信息的功能，滿足遙操作過程中的特殊需求。4、本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)的位置檢測模塊采用獨(dú)立的位置檢測模塊(包括脈沖計數(shù)電路和鑒相電路)對編碼盤的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，既減輕了對微處理器資源的占用，而且當(dāng)單片機(jī)程序跑飛時，位置檢測模塊依舊能夠記錄手控器的位置信息，使得單片機(jī)重新正常工作后依舊能夠獲取到手控器準(zhǔn)確的位置信息，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性?，F(xiàn)有手控器測控系統(tǒng)中采用微處理器直接對編碼盤的脈沖進(jìn)行計數(shù)以獲得手控器的位置信息，當(dāng)微處理器中的程序跑飛時不能記錄到手控器正確的位置信息。 5、本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)カ反饋模塊中采用直流電機(jī)堵轉(zhuǎn)的形式為手控器提供反饋力/力矩，效率高、控制過程簡單。
四

圖I是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)的系統(tǒng)組成框圖。圖2是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)位置檢測模塊組成框圖。圖3是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)的光電編碼盤電路和第一光電隔離電路。圖4是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)的脈沖計數(shù)電路。圖5是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)的鑒相電路。圖6是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)カ反饋模塊組成框圖。圖7是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)的反相電路、第二光電隔離電路及D/A轉(zhuǎn)換電路。圖8是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動電路。圖9是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)通信接ロ模塊組成框圖。圖10是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)通信接ロ模塊電路11是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系微處理器電路圖。圖12是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)電源模塊組成框圖。圖13是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)電源模塊電路圖。圖14是本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)下位機(jī)軟件流程圖。
五具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說本發(fā)明的具體實(shí)施步驟。參閱圖1，本發(fā)明七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)，包括微處理器模塊I、位置檢測模塊2、力反饋模塊3、通訊接ロ模塊4和電源模塊5。采用増量式光電編碼盤測量手控器的位置信息，采用直流伺服電機(jī)堵轉(zhuǎn)的形式為手控器提供反饋カ/カ矩。微處理器模塊I通過通訊接ロ模塊4與計算機(jī)進(jìn)行通信，通信方式包括串ロ通信和USB通信。位置檢測模塊2將檢測到的手控器各自由度的位置信息送至微處理器模塊1，微處理器模塊I將處理后的位置信息通過通訊接ロ模塊4送至計算機(jī)；微處理器模塊I通過通訊接ロ模塊4接收計算機(jī)的反饋カ信息，微處理器模塊I將處理后的反饋カ信息通過カ反饋模塊3向手控器輸出反饋カ/カ矩。
參閱圖2，位置檢測模塊包括光電編碼盤201、第一光電隔離電路202、脈沖計數(shù)電路203、盤鑒相電路204。光電編碼電路201中第一至第七光電編碼盤(Encoderl_Encoder7)選用增量式光電編碼盤，光電隔離電路202中第一至第七光耦合器(U2-1-U2-7)選用雙路高速光耦HCPL-2630，脈沖計數(shù)電路203中第一至第三計數(shù)器(U2-8-U2-10)選用8254芯片，第一電平轉(zhuǎn)換器(U2-11)選用SN74CBTD3384芯片，鑒相電路204中第一至第四鑒相器(U2-12-U2-15)選用D觸發(fā)器7474芯片，第二電平轉(zhuǎn)換器(U2-16)選用SN74CBTD3384芯片，光電編碼電路201中第一至第七光電編碼盤(Encoderl-Encoder7)分別與電機(jī)組305中第一至第七直流電機(jī)的輸出軸(Motor_Shaftl_Motor_Shaft7)相連,第一至第七光電編碼盤(Encoderl-Encoder7)的A、B相脈沖輸出端分別與光電隔離電路202中第一至第七光耦合器(U2-1-U2-7)的發(fā)光管的兩個負(fù)極(HCPL-2630的引腳1、4)相連，第一至第七光耦合器的輸出端(HCPL-2630的引腳7、6)分別連接一個連接上拉電阻，第一至第七光耦合器(U2-1-U2-7)的電源端(HCPL-2630的引腳8)與D+5V電源相連，光電隔離電路202中第一至第三光耦合器(U2-1-U2-3)的第一輸出端(HCPL-2630的引腳7)分別與脈沖計數(shù)電路203中第一計數(shù)器(U2-8)的第一至第三脈沖輸入端(8254的引腳9、15、18)相連，第四至第六光耦合器(U2-4-U2-6)的第一輸出端(HCPL-2630的引腳7)分別與脈沖計數(shù)電路203中第二計數(shù)器(U2-9)的第一至第三脈沖輸入端(8254的引腳9、15、18)相連，第七光耦合器(U2-1-U2-3)的第一輸出端(HCPL-2630的引腳7)與脈沖計數(shù)電路203中第三計數(shù)器(U2-10)的第一脈沖輸入端(8254的引腳9)相連，脈沖計數(shù)電路203中第一至第三計數(shù)器(U2-8、U2-9、U2-10)的數(shù)據(jù)端ロ(8254的引腳8_1)并聯(lián)，并通過第一電平轉(zhuǎn)換器(U2-11)與微處理器模塊I的計數(shù)數(shù)據(jù)端ロ相連，脈沖計數(shù)電路203中第一至第三計數(shù)器(U2-8、U2-9、U2-10)的寫信號端ロ (8254的引腳23)和讀信號端ロ (8254的引腳22)分別并聯(lián)，并通過第一電平轉(zhuǎn)換器(U2-11)與微處理器模塊I的計數(shù)控制端ロ相連，脈沖計數(shù)電路203中第一至第三計數(shù)器(U2-8、U2-9、U2-10)的地址信號線和片選信號線(8254的引腳19、20、21)與微處理器模塊I的計數(shù)控制端ロ相連，第一光電隔離電路202中第一至第七光耦合器(U2-1-U2-7)的第一、第二輸出端分別與鑒相電路204中第一至第四D觸發(fā)器(U2-12-U2-15)的輸入端相連，鑒相電路204中第一至第四D觸發(fā)器(U2-12-U2-15)的7個輸出端分別通過第二電平轉(zhuǎn)換器與微處理器模塊I的方向數(shù)據(jù)輸入端ロ相連。8254和SN74CBTD3384其他弓I腳接法參照其技術(shù)手冊。參閱圖6，力反饋模塊包括反相電路301、第二光電隔離電路302、D/A轉(zhuǎn)換電路303、電機(jī)驅(qū)動電路304、電機(jī)組305。反相電路301中第一至第四非門(U3-1A-U3-1D)選用7404芯片，第二光電隔離電路302中第八至第九光耦合器選用高速光耦HCPL-2630，D/A轉(zhuǎn)換電路303中第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器選用具有SPI接ロ的D/A芯片TLV5630芯片，電機(jī)驅(qū)動電路304中第一至第七電機(jī)驅(qū)動器選用MAXON公司的ADS50/5型電機(jī)驅(qū)動器，ADS50/5驅(qū)動器上有Power模塊、Signal模塊、Encoder模塊，反相電路301中第一至第四非門的輸入端(7404的引腳1,3,5,9)分別與微處理器模塊I的カ反饋數(shù)據(jù)輸出端相連和カ反饋控制輸出端相連，反相電路301中第一至第四非門的輸出端(7404的引腳2，4，6，8)分別通過I個電阻與第二光電隔離電路302中第八、第九光耦合器的4個發(fā)光管的兩個負(fù)極(HCPL-2630的引腳I、4)相連，第八、第九光I禹合器的4個輸出端分別連接I個上拉電阻，第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器(U3-4、U3-5)的串行數(shù)據(jù)輸入端(TLV5630的引腳2)和串行時鐘輸入端(TLV5630的引腳3)分別并聯(lián)，并分別與第二光電隔離電路302中第八光耦合器(U3-2)的第一和第二輸出端(HCPL-2630的引腳7,6)相連，D/A轉(zhuǎn)換電路303中第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器(U3-4、U3-5)的14個輸出端分別與電機(jī)驅(qū)動電路304中第一至第七電機(jī)驅(qū)動器(U3-6-U3-12)的輸入端(Signal模塊的引腳1、2)相連，第一至第七電機(jī)驅(qū)動器(U3-6-U3-12)的輸出端(Power模塊的引腳1，2)分別與電機(jī)組305中第一至第七直流電機(jī)相連。驅(qū)動器驅(qū)動器其他引腳的接法參照技術(shù)手
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參閱圖9，通訊接ロ模塊包括串ロ通訊接ロ電路401、USB通訊接ロ電路402。串ロ通訊接ロ電路401中電平轉(zhuǎn)換芯片U4-1的TTL電平輸入端(max3232的引腳11)與微處理器的UART輸出端TX相連;U4-1的TTL電平輸出端(max3232的引腳12)與微處理器的UART輸入RX端相連。U4-1的232電平輸出端(max3232的引腳14)與DB9接ロ的引腳2相連；U4-1的232電平輸入端(max3232的引腳13)與DB9接ロ的引腳3相連；DB9接ロ的引腳5、外殼引腳10和外殼引腳11與地(DGND)相連。電平轉(zhuǎn)換芯片U4-1外圍電路的接法參照技術(shù)手冊。USB接ロ電路402中總線端ロ瞬態(tài)抑制器(U4-2)選用SN75240芯片，SN75240的通道C、D分別與微處理器的USB接ロ相連，且SN75240的通道C、D與USB接ロ的引腳2、3之間分別串接一個電阻R4-3、R4-4。U4-2其他外圍電路接法參照技術(shù)手冊。USB接ロ選用B型USB接ロ，USB接ロ的VBUS引腳(USB接ロ的引腳I)與微處理器的USB的VBUS相連，USB接口外殼(USB接ロ引腳0)與地(DGND)相連。參閱圖11，微處理器模塊I中微處理器選用型號為C8051F340的混合信號單片機(jī)，C8051F340的引腳15-22作為計數(shù)數(shù)據(jù)端ロ，C8051F340的引腳47，48，30-25作為計數(shù)控制端ロ，C8051F340的引腳38-32作為方向數(shù)據(jù)端ロ微處理器SPI總線的MOSI端、SCLK端作為カ反饋數(shù)據(jù)輸出端，C8051F340的引腳47，48作為カ反饋控制輸出端，C8051F340的引腳I作為UART的RX引腳，C8051F340的引腳2作為UART的TX引腳，C8051F340的引腳8作為USB的D+引腳，C8051F340的引腳9作為USB的D-引腳，C8051F340的引腳12作為USB的VBUS引腳。參閱圖12，電源模塊包括開關(guān)電源模塊501、第一 5V降壓電路502、第二 5V降壓電路503、第一 3. 3V降壓電路504。開關(guān)電源模塊501由兩個獨(dú)立的開關(guān)電源(S-100-12)U7-1、U7_2組成，S-100-12型開關(guān)電源為單端12V輸出，功率為100W的開關(guān)電源。U7-l、U7-2的交流輸入端與3芯電源插頭的對應(yīng)引腳相連；第一 5V降壓電路502采用降壓芯片LM1085-5. 0，其外圍電路接法參照其技術(shù)手冊，輸入端+12V為+12V電壓，輸出端+5V為5. OV電壓 ，第二 5V降壓電路503采用降壓芯片LM1085-5.0，其外圍電路接法參照其技術(shù)手冊，輸入端D+12V為+12V電壓，輸出端D+5V為5. OV電壓；第一 3. 3V降壓電路504采用降壓芯片LMl117-3. 3，其外圍電路接法參照其技術(shù)手冊，輸入端D+5V為+5V電壓，輸出端+3. 3V為3. 3V電壓。參閱圖14，下位機(jī)軟件即C8051F340單片機(jī)軟件，包括主循環(huán)801、中斷服務(wù)程序802。主循環(huán)801中“初始化”包括系統(tǒng)時鐘初始、I/O ロ初始化、USBO初始化、UART初始化、外部總線EMI初始化、SPIO初始化，系統(tǒng)時鐘初始化包括選擇片內(nèi)時鐘振蕩器，設(shè)置系統(tǒng)時鐘為24MHz，I/O ロ初始化包括使能交叉開關(guān)、為UART0、SPI0分配引腳、交叉開關(guān)跳過 Pl. 3,Pl. 6,PL 7、P3. 0-P3. 7 引腳，設(shè)置 P0、P3 端ロ、PL 0、P1. UPl. 2 為推挽輸出方式，USBO初始化包括初始化USB時鐘、使能USB中斷、設(shè)置USB工作模式為全速模式，UART初始化包括使能UARTO、設(shè)置波特率、初始化UARTO時鐘、使能UART中斷，外部總線EMI初始化包括使能EMI總線、設(shè)置EMI工作在址線、數(shù)據(jù)線復(fù)用方式，SPI初始化包括設(shè)置SPIO工作在主方式、在SCL第2個邊沿采集數(shù)據(jù)、SCLK在空閑時處于低電平，使能SPIO，設(shè)置SPI時鐘為1/2系統(tǒng)時鐘，C8051F340的控制命令參見技術(shù)手冊，所述的主循環(huán)801中“8254初始化”包括對計數(shù)電路203中第一至第三計數(shù)器(8254)的初始化，初始化的內(nèi)容包括對每片8254中各個通道工作方式的設(shè)計和向個技術(shù)通道寫入計數(shù)初值，設(shè)置工作方式為方式O、ニ進(jìn)制計數(shù)方式、先讀/寫低8位數(shù)據(jù)，再讀/寫高8位數(shù)據(jù)，8254的讀寫控制命令參見技術(shù)手冊，所述的主循環(huán)801中“TLV5630初始化”包括選擇DA轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓為片內(nèi)2V基準(zhǔn)電壓、設(shè)置TLV5630工作在快速模式，TLV5630的控制命令參見技術(shù)手冊，所述的主循環(huán)801中“順序讀取7路8254計數(shù)值”即分別讀取計數(shù)電路203中U2-8的通道O、通道I、通道2、U2_9的通道O、通道I、通道2、U2-10的通道0的計數(shù)值，并將其存入相應(yīng)的寄存器，8254的讀寫控制命令參見技術(shù)手冊，所述的主循環(huán)801中“讀取方向數(shù)據(jù)”即讀取方向數(shù)據(jù)端ロ(C8051F340的P2.0-P2.6引腳)的狀態(tài)，并將引腳狀態(tài)放入相應(yīng)的寄存器，所述的主循環(huán)801中“計算各自由度的位置值”即根據(jù)讀取到的8254計數(shù)值和讀取到的方向數(shù)據(jù)計算出各自由度的位置值，并將計算好的數(shù)值存入相應(yīng)的寄存器，所述的主循環(huán)801中“USB發(fā)送數(shù)據(jù)”即將計算好的各自由度的位置值通過USB發(fā)送給計算機(jī)，USB發(fā)送命令參見C8051F340技術(shù)手冊，所述的主循環(huán)801中“UART發(fā)送數(shù)據(jù)”即將計算好的各自由度的位置值通過UARTO發(fā)送給計算機(jī)，UART發(fā)送命令參見C8051F340技術(shù)手冊，所述的中斷服務(wù)程序802中“USB接收數(shù)據(jù)”、“UART接收數(shù)據(jù)”分別表示從USBO端口和從UARTO讀取計算機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，計算機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)包括DA通道號和相應(yīng)DA通道要轉(zhuǎn)換的數(shù)值，“SPI0發(fā)送數(shù)據(jù)”即將從計算機(jī)接收到的數(shù)據(jù)用SPIO發(fā)送給TLV5630，TI、RI分別為UARTO的發(fā)送中斷標(biāo)志和接收中斷標(biāo)志，USB0、UART0、SPIO的讀寫命令、的讀寫命令參見技術(shù)手冊。權(quán)利要求
1.ー種七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)，包括微處理器模塊(I)、通訊接ロ模塊(4)及電源模塊(5)，其特征在于，在微處理器模塊(I)上分別連接有位置檢測模塊(2)和力反饋模塊(3)，所述位置檢測模塊(2)包括含有第一至第七光電編碼盤的光電編碼電路(201)、含有第一至第七光稱合器的第一光電隔離電路(202)、含有第一至第三計數(shù)器的脈沖計數(shù)電路(203)及含有第一至第四D觸發(fā)器的鑒相電路(204)，所述光電編碼電路(201)中的7個光電編碼盤分別用于接收七自由度力反饋手控器的7個自由度的位置信號，且每個光電編碼盤產(chǎn)生A相脈沖信號和B相脈沖信號,第一至第七光電編碼盤產(chǎn)生的7路A相脈沖信號分別通過第一至第七光耦合器傳送至第一至第三計數(shù)器，脈沖計數(shù)電路(203)的輸出端和控制端與微處理器模塊(I)的計數(shù)數(shù)據(jù)端口和計數(shù)控制端ロ相連，第一至第七光電編碼盤產(chǎn)生的7路A相脈沖信號和7路B相脈沖信號分別通過第一至第七光耦合器傳送至第一至第四D觸發(fā)器，鑒相電路(204)的輸出端與微處理器模塊(I)的方向數(shù)據(jù)端ロ相連，所述カ反饋模塊(3)包括含有第一至第四非門的反相電路(301)，含有第八至第九光耦合器的第二光電隔離電路(302)，含有第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器的D/A轉(zhuǎn)換電路(303)，含有第一至第七電機(jī)驅(qū)動器的電機(jī)驅(qū)動電路(304)，含有第一至第七直流電機(jī)的電機(jī)組(305)，所述的反向電路(301)中的4個非門的輸入端分別與微處理器模塊(I)的力反饋數(shù)據(jù)輸出端和カ反饋控制輸出端相連，第一至第四非門的4個輸出端分別通過第八至第九光耦合器傳送至第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器，第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器的14個輸出端分別通過第一至第七電機(jī)驅(qū)動器傳送至第一至第七直流電機(jī)，第一至第七直流電機(jī)通過堵轉(zhuǎn)方式為手控器的各個自由度提供反饋カ/カ矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)，其特征在于所述的光電編碼電路(201)中第一至第七光電編碼盤(Encoderl-Encoder7)選用增量式光電編碼盤,光電隔離電路(202)中第一至第七光耦合器(U2-1-U2-7)選用雙路高速光耦HCPL-2630，脈沖計數(shù)電路(203)中計數(shù)器選用8254芯片，第一電平轉(zhuǎn)換器選用SN74CBTD3384芯片，鑒相電路(204)中鑒相器選用D觸發(fā)器7474芯片，第二電平轉(zhuǎn)換器選用SN74CBTD3384芯片，光電編碼電路(201)中第一至第七光電編碼盤(Encoderl-Encoder7)分別與電機(jī)組(305)中第一至第七直流電機(jī)的輸出軸(Motor_Shaftl_Motor_Shaft7)相連,第一至第七光電編碼盤(Encoderl-Encoder7)的A、B相脈沖輸出端分別與光電隔離電路(202)中第一至第七光率禹合器(U2-1-U2-7)的發(fā)光管的兩個負(fù)極相連,第一至第七光I禹合器的輸出端分別連接一個連接上拉電阻，第一至第七光耦合器(U2-1-U2-7)的電源端與D+5V電源相連，光電隔離電路(202)中第一至第三光耦合器(U2-1-U2-3)的第一輸出端分別與脈沖計數(shù)電路(203)中第一計數(shù)器(U2-8)的第一至第三脈沖輸入端相連，第四至第六光耦合器(U2-4-U2-6)的第一輸出端分別與脈沖計數(shù)電路(203)中第二計數(shù)器(U2-9)的第一至第三脈沖輸入端相連，第七光耦合器(U2-1-U2-3)的第一輸出端與脈沖計數(shù)電路(203)中第三計數(shù)器(U2-10)的第一脈沖輸入端相連，脈沖計數(shù)電路(203)中第一至第三計數(shù)器(U2-8、U2-9、U2-10)的數(shù)據(jù)端ロ并聯(lián)，并通過第一電平轉(zhuǎn)換器(U2-11)與微處理器模塊(I)的計數(shù)數(shù)據(jù)端ロ相連，脈沖計數(shù)電路(203)中第一至第三計數(shù)器(U2-8、U2-9、U2-10)的寫信號端口和讀信號端ロ分別并聯(lián)，并通過第一電平轉(zhuǎn)換器(U2-11)與微處理器模塊(I)的計數(shù)控制端ロ相連，脈沖計數(shù)電路(203)中第一至第三計數(shù)器(U2-8、U2-9、U2-10)的地址信號線和片選信號線與微處理器模塊(I)的計數(shù)控制端ロ相連，第一光電隔離電路(202)中第一至第七光耦合器(U2-1-U2-7)的第一、第二輸出端分別與鑒相電路(204)中第一至第四D觸發(fā)器(U2-12-U2-15)的輸入端相連，鑒相電路(204)中第一至第四D觸發(fā)器(U2-12-U2-15)的7個輸出端分別通過第二電平轉(zhuǎn)換器與微處理器模塊(I)的方向數(shù)據(jù)輸入端ロ相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)，其特征在于カ反饋模塊(3)中，反相電路(301)中第一至第四非門選用7404芯片，第二光電隔離電路(302)中第八至第九光耦合器選用高速光耦HCPL-2630，D/A轉(zhuǎn)換電路(303)中第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器選用具有SPI接ロ的D/A芯片TLV5630芯片，電機(jī)驅(qū)動電路(304)中第一至第七電機(jī)驅(qū)動器選用MAXON公司的ADS50/5型電機(jī)驅(qū)動器，ADS50/5驅(qū)動器上有Power模塊、Signal模塊、Encoder模塊,反相電路(301)中第一至第四非門的輸入端分別與微處理器模塊(I)的カ反饋數(shù)據(jù)輸出端相連和カ反饋控制輸出端相連，反相電路(301)中第一至第四非門的輸出端分別通過I個電阻與第二光電隔離電路(302)中第八、第九光耦合器的4個發(fā)光管的 負(fù)極相連，第八、第九光耦合器的4個輸出端分別連接I個上拉電阻，第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器(U3-4、U3-5)的串行數(shù)據(jù)輸入端和串行時鐘輸入端分別并聯(lián)，井分別與第二光電隔離電路(302)中第八光I禹合器(U3-2)的第一和第二輸出端相連,D/A轉(zhuǎn)換電路(303)中第一至第二 D/A轉(zhuǎn)換器(U3-4、U3-5)的14個輸出端分別與電機(jī)驅(qū)動電路(304)中第一至第七電機(jī)驅(qū)動器(U3-6-U3-12)的輸入端相連，第一至第七電機(jī)驅(qū)動器(U3-6-U3-12)的輸出端分別與電機(jī)組(305)中第一至第七直流電機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)，其特征在于微處理器模塊(I)中微處理器選用型號為C8051F340的混合信號單片機(jī)，C8051F340的引腳15-22作為計數(shù)數(shù)據(jù)端ロ，C8051F340的引腳47，48，30-25作為計數(shù)控制端ロ，C8051F340的引腳38-32作為方向數(shù)據(jù)端ロ，微處理器SPI總線的MOSI端、SCLK端作為カ反饋數(shù)據(jù)輸出端，C8051F340的引腳47，48作為カ反饋控制輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開一種七自由度力反饋手控器測控系統(tǒng)，其特征在于包括微處理器模塊、位置檢測模塊、力反饋模塊、通訊接口模塊和電源模塊。位置檢測模塊檢測手控器的七個自由度的位置信息；力反饋模塊為手控器各自由度提供反饋力/力矩；通訊接口模塊用于手控器測控系統(tǒng)與計算機(jī)之間的通訊，通訊方式包括USB通信和串口通信；功能鍵為手控器提供復(fù)位、擴(kuò)展行程、記錄當(dāng)前位置信息的功能；電源模塊為整個手控器測控系統(tǒng)提供電源。本發(fā)明采用增量式光電編碼盤測量七自由度手控器的位置信息，采用直流伺服電機(jī)為七自由度手控器提供七自由度反饋力/力矩，滿足七自由度力反饋遙操作的要求。
文檔編號B25J13/08GK102642209SQ201210101979
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者吳常鋮, 吳涓, 宋愛國, 崔建偉, 徐寶國, 曹寅, 朱澄澄, 李會軍 申請人:東南大學(xué)