基于FPGA的力反饋數(shù)據(jù)手套驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、遙操作控制技術(shù)一直是機(jī)器人研究領(lǐng)域中的一大熱點(diǎn)，在空間、海洋、戰(zhàn)場(chǎng)、核工業(yè)以及遠(yuǎn)程教學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。力反饋數(shù)據(jù)手套作為遙操作控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)人機(jī)接觸交互的理想接口裝置之一，可以使操作者感受到操作的細(xì)膩過(guò)程，達(dá)到較好的臨場(chǎng)感效果，從而提高操作效率。本文結(jié)合國(guó)家863課題“新一代五指仿人靈巧手及其協(xié)調(diào)控制的研究（課題編號(hào)：2006AA04Z255）”，采用機(jī)電一體化、集成化、模塊化等設(shè)計(jì)理念，對(duì)基于FPGA的力反饋數(shù)據(jù)手套驅(qū)動(dòng)及控

2、制系統(tǒng)進(jìn)行研究。
　　本文首先對(duì)力反饋數(shù)據(jù)手套的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀作了綜述，根據(jù)存在的不足和問(wèn)題提出了新的設(shè)計(jì)方案。機(jī)械系統(tǒng)采用外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)人手抓握運(yùn)動(dòng)的完全包絡(luò)，并能根據(jù)操作者手指的長(zhǎng)短對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)電源模塊負(fù)責(zé)把外部輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需的各種電壓，并將模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行隔離，降低了傳感器的噪聲。通過(guò)將PCB板的布置和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)很好的統(tǒng)一起來(lái)，使每個(gè)手指成為一個(gè)模塊化的機(jī)械和電氣單元。單個(gè)手指有6個(gè)傳感器，對(duì)

3、力反饋數(shù)據(jù)手套的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
　　力反饋數(shù)據(jù)手套的嵌入式系統(tǒng)為多層結(jié)構(gòu)，基于FPGA的底層控制器負(fù)責(zé)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，各傳感器數(shù)據(jù)的獲取和處理。通信層采用基于LVDS的PPSeCo通信技術(shù)，將來(lái)自底層所有傳感器數(shù)據(jù)打包上傳，并將來(lái)自上層的控制信號(hào)發(fā)送到底層。上層的DSP控制器主要完成全部的數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)與外部命令層和遙操作層的交互。通過(guò)采用FPGA的在線可編程技術(shù)完成對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，使整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活緊湊，易于調(diào)