CN113946132A - 一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置、调整方法及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置、调整方法及可读存储介质，其装置至少包括：多维力传感器、处理模块、调节伺服驱动模块以及调节执行机构。多维力传感器用于采集调节信号，每个调节功能分别对应一路力信号，处理模块依据每一路力信号识别调节意图；调节伺服驱动模块用于生成驱动信号并驱动调节执行机构；其中，若多维力传感器的输出信号为数值信号，每一路输出信号的方向、幅值分别与调节装置在对应调节功能下调节量的调节方向、大小存着对应关系；若为非数值信号，每一路输出信号的出现频率与调节量的大小存着对应关系。本发明通过多维力传感器，实现了多种调节功能的集成采集以及控制，克服了现有调节装置的多项技术缺陷。
Description
技术领域
本发明属于自动化调节技术领域，具体涉及一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置、调整方法及可读存储介质。
背景技术
现有的调节装置存在结构复杂、功能单一、组成部件繁多、需要复杂装配制造工序、连线故障率高、仅仅能完成跳变调节等技术问题和缺点。如工业现场应用的调节装置通常采用滑动变阻器，通过调节使得接入电路电阻阻值发生改变实现多级调节。然而工业现场存在的油污、水汽会影响滑动变阻器的滑动接触性能，使得调节装置过早失效。此外，通常的调节装置仅能完成单个功能的调整，如机器人位置控制的调节，通过6个按钮分别实现机器人的三个位置和三个姿态的调整。如汽车电子中的座椅调节装置，通常需要多个单独的调节装置来分别实现高度调节、前后调节、腰部调节等功能，造成了系统结构复杂，故障率增高，如果通过多功能一体化的调节装置将多个调节开光集成在一起，将有效提升系统的可靠性和性价比。传统的调节装置通常只有若干个调节点，难以实现连续调节，如基于电位器和变阻器的调节装置每一个调节的变化量为电位器的跳变电阻变化或变阻器的一砸线圈阻值大小，为离散的调节方式。但当精密工业实际现场需要高分辨率调节时，离散的调节方式往往难以满足。
随着力触觉感知技术的发展，结合力触觉感知信息实现仿人化感知与操控已经得到广泛重视和应用。因此，如何利用力触觉感知技术实现多个调整量的一体化调节，解决现有调节装置在集成性、连续性调节方面的技术缺陷，是本发明要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置、调整方法及可读存储介质，用于解决现有调节装置在集成性、连续性调节方面的技术缺陷。本发明通过多维力传感器实现多个调节功能的集成，多维力传感器的每一路信号对应一个调节功能，进而在用户端只需要一个多维力传感器就能采集各个维度对应的调节信号，实现集成性调节，一方面解决了现有调节装置实现各个调节功能时，其零件相互独立，集成性差的问题，二方面，本发明通过多维力传感器采集调节信号，没有相对运动的组成部件，可以有效降低故障率；此外，由于多维力传感器能够实现信号连续采集，因此本发明的调节装置能够实现连续信号调整，解决现有调节装置的离散调节问题。
一方面，本发明提供的一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置，其至少包括：多维力传感器、处理模块、调节伺服驱动模块以及调节执行机构；
其中，所述多维力传感器用于采集调节信号，每个调节功能分别对应所述多维力传感器的一路力信号，所述力信号表征所述调节信号；
所述多维力传感器与所述处理模块通讯连接，所述处理模块依据所述多维力传感器的每一路力信号识别调节意图；
所述调节伺服驱动模块与所述处理模块通讯连接，用于生成驱动信号，并驱动所述调节执行机构完成调节动作；
其中，若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，每一路输出信号的方向、幅值分别与调节装置在对应调节功能下调节量的调节方向、大小存着对应关系；若所述输出信号为非数值信号，每一路输出信号的出现频率与调节装置对应调节功能下调节量的大小存着对应关系。
可选地，在所述调节伺服驱动模块之前设有调节控制系统，所述调节控制系统用于根据所述调节意图输出调整量，所述调整量与调节装置的调节量存在对应关系，所述调整量表征控制调节执行机构的控制信号。
应当理解，所述调节控制系统若是以软件方式实现，可以视为处理模块(中央处理器)的功能子模块；若是以硬件方式实现，可以视为与处理模块(中央处理器)通讯连接的硬件模块。
可选地，若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，所述输出信号的幅值与调整量的大小的关系如下：
hi＝γβ+ɑFit/Fimax
式中，hi为第i路力信号对应的多功能一体化调节装置中调节控制系统的调整量，α为放大系数，γ为比例系数，β表征不同采样时刻的力信号的输出信号变化差随时间变化的程度系数，Fit为第i路力信号对应在t采样时刻的输出信号，Fimax为第i路力信号的最大量程；
所述调整量与调节装置的调节量存在对应关系，所述调整量表征控制调节执行机构的控制信号。
第二方面，本发明提供一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置的调节方法，其包括以下步骤：
S1：多功能一体化调节装置中的多维力传感器采集到力信号，其中，每个调节功能分别对应所述多维力传感器的一路力信号，所述力信号表征调节信号；
S2：对采集的力信号进行数据处理识别调节意图，并换算成调节量；
其中，若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，每一路输出信号的方向、幅值分别与调节装置在对应调节功能下调节量的调节方向、大小存着对应关系；若所述输出信号为非数值信号，每一路输出信号的出现频率与调节装置对应调节功能下调节量的大小存着对应关系；
S3：基于所述调节量，所述多功能一体化调节装置中的调节执行机构进行相应调节。
可选地，若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，输出信号的幅值与调节量的大小的关系如下：
hi＝γβ+ɑFit/Fimax
式中，di为第i路力信号对应的调节装置的调节量，hi为第i路力信号对应的多功能一体化调节装置中调节控制系统的调整量，himax和himin分别表示第i路力信号的最大和最小调整量，dimax和dimin分别表示第i路力信号的最大和最小调节量，α为放大系数，γ为比例系数，β表征不同采样时刻的力信号的输出信号变化差随时间变化的程度系数，Fit为第i路力信号对应在t采样时刻的输出信号，Fimax为第i路力信号的最大量程。
可选地，不同采样时刻的力信号的输出信号变化差随时间变化的程度系数β的公式如下：
β＝ΔFi/Δt,ΔFi＝Fi(t+1)-Fit
式中，Δt为相邻两个采样时刻的时间差，ΔFi为t采样时刻和t+1采样时刻的第i路力信号的输出信号差值，Fi(t+1)为第i路力信号对应在t+1采样时刻的输出信号。
可选地，若所述多维力传感器中每一路力信号的输出信号为非数值信号，预先设定每一路输出信号的出现频率与调节量的大小的对应关系。
可选地，所述方法还包括：若检测任一路力信号对应的调节量超过调节装置上对应一个调节功能的最大调节量或任一路力信号对应的调节量小于调节装置上对应一个调节功能的最小调节量时，所述调节执行机构不执行调节动作且启动对应超上限报警、超下限报警。
第三方面，本发明提供一种可读存储介质，其存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以实现：
获取通过多维力传感器采集的力信号；
对采集的力信号进行数据处理识别调节意图，并换算成调节量；
基于所述调节量，控制调节执行机构进行相应调节；
其中，每个调节功能分别对应所述多维力传感器的一路力信号，所述力信号表征调节信号，若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，每一路输出信号的方向、幅值分别与调节装置在对应调节功能下调节量的调节方向、大小存着对应关系；若所述输出信号为非数值信号，每一路输出信号的出现频率与调节装置对应调节功能下调节量的大小存着对应关系。
有益效果
1.传统的调节装置功能单一，一个调节按钮或开关对应一个调节功能，如机器人的调节控制器上的一个按钮对应一个运动方向的调节功能，三个位置和三个姿态共需要六个调节按钮。本发明提供的调节装置及调节方法，其通过设置多维力传感器，将多维力传感器的每一路信号分别对应一个调节功能，从而基于一个多维力传感器能够集成性采集所有调节功能的调节信号，譬如针对机器人设置的多维力传感器，通过获取三维力和三维力矩的大小实现调节，用户仅需对多维力传感器施加相应的力或力矩可以同时实现最多六个功能的调节。
2.现有调节装置为了实现多功能调节需要多个零部件装配，且各零部件之间存在摩擦等相互运动，容易导致出现故障以及集成性差的问题，本发明的调节装置只需要一个多维力传感器，而且多维力传感器上没有任何相对运动的零部件，有效降低线路故障率；且本发明仅根据多维力传感器的受力情况来控制调节，整体结构简单、调节操控性更好、有更好的粉尘、水雾等防护等级，可靠性更高。
3.传统的基于变阻器和电位计等方式的调节装置通常是根据改变电阻的阻值来实现调节，如滑动变阻器一次滑动就调整一匝线圈的阻值，调节时会出现跳变。本发明的调节装置通过设置多维力传感器可以用于实现调节信号的连续性采集，从而实现连续性调节，有效克服了传统调节装置的离散型采集存在的技术缺陷。
4.本发明进一步的优选方案中，在调节装置在执行部件到达最大(最小)状态时，若继续往上(往下)调节时，将产生超上限(下限)报警，提示用户调节装置已经到达极限位置，进一步提升用户体验效果。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置的架构示意图；
图2是本发明提供的调节量计算过程的流程示意图；
图3是本发明提供的一种基于多功能一体化调节装置的调节方法的流程示意图；
图4是本发明提供的调节监测过程的流程示意图；
图5是本发明应用实例提供的机器人末端执行器以及调节装置的结构示意图；
图6是多维力传感器解耦前后数据示意图，其中，(a)是解耦前包含耦合的数据，(b)是解耦后无耦合误差的数据。
具体实施方式
本发明提供一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置、调整方法及可读存储介质，其目的用于改善调节装置的集成性以及连续性调节。本发明通过设定多维力传感器实现了多个调节功能的调节信号的集成性、连续性采集，有效改善了调节装置的性能。下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供的一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置包括：多维力传感器、信号预处理模块、处理模块、输出模块、调节控制系统、调节伺服驱动模块以及调节执行机构。
其中，多维力传感器的维数对应需要的调节功能的数量，即有几个调节功能就有几路力信号检测。如某个系统需要2路调节功能，在硬件选型时就采用具有两维力信息检测的力传感器，如机器人的机器人位置和姿态的调节系统，需要3个位置和3个姿态的调节，因此对应选用6维力传感器。
为直观起见，如果调节量具有空间的方向性，就结合空间方向性设置调节功能。如机器人位置和姿态的调节系统，如沿空间坐标系x-，y-和z-轴的位置调整可以根据6维力传感器沿x-，y-和z-轴的力信息输出(即Fx,Fy,Fz)；绕空间坐标系x-，y-和z-轴的旋转调整可以根据6维力传感器绕x-，y-和z-轴的力矩信息输出(即Mx,My,Mz)。如汽车座位调节系统，如果仅需要实现前后、上下的位置调整，即需要2路调节功能，设计两维力传感器，使其具有沿x-和y-轴的力感知功能，设置x-轴的力信息输出对应座位的前后位置调整(检测到x-轴的力信息小于0则朝前调整位置，大于0则朝后调整位置)，y-轴的力信息输出对应座位的上下位置调整(检测到y-轴的力信息小于0则朝上调整座位位置，大于0则朝下调整座位位置)。如平面位置姿态调整机构，需要4路调节功能，即沿x-，y-和z-轴的位置调整和绕z-轴的姿态旋转调整功能；则设计具有4维输出的多维力传感器，使其具有沿x-，y-和z-轴的力检测和绕z-轴的力矩检测功能，设置沿x-，y-和z-轴力信息输出分别对应平面位置姿态调整机构沿x-，y-和z-轴的位置调整，设置绕z-轴的力矩信息输出对应平面位置姿态调整机构绕z-轴的姿态旋转。
应当理解，本发明根据调节应用对象以及调节功能的需求设定多维力传感器的维数，但是本发明对应用对象并无具体的限定，任何能够通过力传感器采集调节信号的应用场景均能适用；本发明也并不局限多维力传感器对应的调节动作输入的设置方式，即调节动作的设定，如用户如何对多维力传感器施加力或力矩均可以根据应用场景下的用户需求、习惯以及现有技术进行调整。
信号预处理模块与多维传感器连接，用于对多维传感器的输出信号进行预处理，预处理包括但是不局限于：温漂误差消除、零漂误差消除、线性误差补偿、滤波、采样、整定。
为获得准确的调整意图，应确保获取的多维力信息不包含误差，因此通过信号预处理模块对获取的各路信息分别进行温漂误差消除、零漂误差消除、线性误差补偿、滤波的预处理。随后，本发明优选通过多路采集电路对多维力传感器的各路输出信号进行依次循环多次采集，采集的次数决定于性能的要求，如调节分辨率要求高，将采集次数设置为12次，如果调节分辨率要求不高，可以将采集次数设置为5次，去掉多次采集结果中的最高和最低值，将剩余的采集结果求平均值获得每一维度的输出。
预处理的手段是根据采集的输出信号的特性进行设置，本发明对此并不进行具体的限定。本实施例中，在硬件实现过程中通过跳线设置多维力传感器与信号预处理模块之间的电气连接，实现多维力传感器某一维的输出与信号预处理模块的某一路输入信号端进行硬件电气连接。其他可行的实施例中，信号预处理模块也能以软件方式，作为中央处理器的功能子模块来实现，本发明对此并不进行具体的限定。
本实施例中，处理模块是具有数据处理以及控制功能，用于识别调节意图。在具体实现时，本实施例中信号预处理模块、处理模块、输出模块、调节控制系统均是以软件方式实现，均是中央处理器的功能子模块。其他可行的实施例中，信号预处理模块、处理模块、输出模块、调节控制系统分别以硬件方式实现，处理模块视为中央处理器，本发明对此不进行具体的限定。处理模块与信号预处理模块通讯连接，用于依据所述多维力传感器的每一路力信号识别调节意图。即处理模块中的软件进行选通设置，通过控制软件设置多维力传感器的某一维的输出对应某一调节功能。如在三个方向的位置调节系统中，当处理模块感知到多维力传感器有效输出时，通过条件判断实现对应的调节功能控制。
其中，多维力传感器获取的信息存在维间耦合，处理模块通过运行解耦算法实现将信号预处理模块获得的多维度信息进行解耦，获得互不相关的各路力/力矩信息输出。
本实施例的调节装置实现6路调节功能时，如沿着x-，y-和z-轴调节直线位移的大小，绕x-，y-和z-轴旋转的角度的大小，共6路调节功能。此时采用6维力传感器，6维力传感器的六维输出信息对应6路需要调节的功能，如6维力传感器的三个维度的力输出(Fx,Fy,Fz)分别对应沿着x-，y-和z-轴调节直线位移的调整，6维力传感器的三个维度的力矩输出(Mx,My,Mz)分别对应绕x-，y-和z-轴旋转角度调整。因此，处理模块中进行相应设置，感知到多维力传感器有效输出时，实现对应的调节功能控制。
调节控制系统与处理模块通讯连接，用于根据调节意图识别结果输出对应的连续控制量。其中，以6维力传感器为例，每一维输出信号(1-6维)的正负极性对应着相应调节功能的正反方向，6维力传感器的每一维输出信号(1-6维)的大小对应着相应调节功能的幅度大小。如图2所示，n维多维力传感器的维数。用户设置放大系数α和比例系数γ，计算前后两次采集获得的每一维的差值ΔFi，公式如下：
ΔFi＝Fi(t+1)-Fit
其中，Fit和Fi(t+1)分别表示t时刻和t+1时刻的第i路的输出信号，本实施例中以循环多次采集后计算出的均值作为输出信号。ΔFi为t采样时刻和t+1采样时刻的第i路力信号的输出信号差值。
计算ΔFi随时间变化的程度系数β，公式如下：
β＝ΔFi/Δt
式中，Δt为相邻两个采样时刻的时间差。
依次获得每一维的调整量hi，公式如下：
hi＝γβ+ɑFit/Fimax
其中，Fimax为第i维的最大量程，α为放大系数，γ为比例系数。
本发明设定的上述调节量的公式能够使得调整机构具有更好的人机交互友好性，通过设置放大系数α的大小可以实现调节灵敏度的大小，如通过设置大的放大系数α，则可以通过较小的力信息输出获得较大的调整量；通过设置比例系数γ可以进一步调整增长率的灵敏度，使得调整量hi不仅与多维力传感器当时刻的输出量有关，还与连续两个时刻的增长率相关。输出模块与调节控制系统通讯连接，其中，将调整量hi调整为与之成比例的调节装置的调节量di，转换公式如下：
其中，himax和himin分别表示第i路力信号的最大和最小调整量，dimax和dimin分别表示第i路力信号的最大和最小调节量。最大调节量是指的调节装置的最大的调节范围，如沿x-轴的位置调节装置的最大调节量是指最大能到达的位置和初始位置的距离。调整量hi是调节控制系统根据多维力传感器的信息输出得到的控制信号大小。调节量是与调节装置的性能参数，由调节装置的物理属性决定，而调整量是调节控制系统为控制调节执行机构而输出的控制信号的大小。如果调节装置的调节控制系统输出为最大调整量，则调节装置将到达最大的调节量。调节装置第1维(h1)的调整量大小为-100～+100，该测量范围对应调节装置沿x-轴方向的位移调节功能，调节量范围为-50～+50cm，如果某一时刻处理模块获得了第1维的调整量大小为+80，输出模块将此信号成比例转化为沿x-轴方向的位移调节量h1，并根据多路调节量传送给调节控制系统。
本实施例的调节伺服驱动模块用于将调节量转换为驱动信号，并在驱动信号的作用下，调节执行机构完成调节动作。
应当理解，上述调整量以及调节量的计算过程是针对多维力传感器的输出信号为数值信号，其输出信号的正负以及幅值对应了调节方向和调节幅值；其他可行的实施例中，输出信号为非数值信号，如波形信号，当检测到符合条件的波形信号时，可以视为一次调节指令，通过设定出现频率与调节量/调整量的关系确定调节量大小。为了更加清楚陈述该技术实现过程，进行如下举例：
调节装置可以通过检测操作人员的轻敲动作，实现预先设置的开关、点动调节的功能。轻敲多维力传感器可以产生波形信号，信号预处理模块中包含检测电路，其可以检测出波长周期在20-80ms的波形信号。当信号预处理模块检测出符合条件的波形信号时，处理模块有专门的点动、开关识别控制软件，其可以根据实际的波形信号执行点动调节和开关调节装置。具体的点动功能通过处理模块实现。如设置当多维力传感器上任一维有连续两个波形信号(表示操作员有连续两次的敲击动作)出现时，启动或关闭调节装置。在调节装置启动后，可以设置当多维力传感器某一维有1各波形信号(表示操作员有单次的敲击动作)出现时，控制该维信号对应的某路调节实现微小的条件，具体的一次点动调节量的大小可以通过处理模块设置，如具有2路调节功能实现微小的调节，具体的一次点动调节量的大小可以通过过央处理器设置。如具有2路调节功能的平面位置精密调节装置(沿着x-轴和y-轴的直线位置调节)，采用2维力传感器，其中，2维力传感器中沿着x-轴和y-轴的输出信号对应沿着x-轴和y-轴的直线位置调节，设置当2维力传感器任一维的两个波形输出(连续两次点动)为开关控制，当调节装置处于开启状态时，设置2维力传感器沿着y-轴单个波形输出(单次点动)为沿着y-轴的直线位移移动精密点动调节。每一次的点动调节量的大小由中央控制器设置，如每一次检测到点动调节即产生2mm的紧密移动。
其中，输出模块、调节控制系统、调节伺服驱动模块的具体电路参照现有技术，其可以用硬件或软件的方式实现。
实施例2：
本实施例基于上述一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置，提供其调节方法，包括以下步骤：
S1：多功能一体化调节装置中的多维力传感器采集到力信号，其中，每个调节功能分别对应所述多维力传感器的一路力信号，所述力信号表征调节信号。
如上实施例1所述，存在几个调节功能，就设置多少路的多维力传感器。其中，采集参数以及信号采集过程可以参照图3流程图中步骤，本发明对此不进行具体的限定。
S2：对采集的力信号进行数据处理识别调节意图，并换算成调节量。其中，换算过程参照实施例1中的公式，在此不再赘述。
S3：基于所述调节量，所述多功能一体化调节装置中的调节执行机构进行相应调节。
在一些可行的方式中，为了提升用户体验感，解决传统的调节装置在执行部件到达最大(最小)状态时，用户继续执行调节动作，虽然不会有调节的实效产生，但是调节装置不会有任何的提示的技术缺陷，本发明所述调节方法还包括：上下限的调节监测，如下：
如果第i路的调节量不为0，如果得到的调节量di大于最大值，则置di＝0(不执行调节)，并启动超上限报警，表示调节装置达到了最大值无法实现再上调的功能；如果得到的调节量di小于最小值，则置di＝0(不执行调节)，并启动超下限报警，表示调节装置达到了最小值无法实现再下调的功能。
其中，对应图4所示的监测过程，本发明基于对计算出的调节量di进行调节控制。
实施例3：
本实施例提供一种可读存储介质，其存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以实现：
获取通过多维力传感器采集的力信号；
对采集的力信号进行数据处理识别调节意图，并换算成调节量；
基于所述调节量，控制调节执行机构进行相应调节；
其中，如上实施例1所述，每个调节功能分别对应所述多维力传感器的一路力信号，所述力信号表征调节信号，存在几个调节功能，就设置多少路的多维力传感器。调节量的计算过程也是参照实施例1的相关公式。
各个步骤的具体实现过程请参照前述方法的阐述。
所述可读存储介质为计算机可读存储介质，其可以是前述任一实施例所述的控制器的内部存储单元，例如控制器的硬盘或内存。所述可读存储介质也可以是所述控制器的外部存储设备，例如所述控制器上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述可读存储介质还可以既包括所述控制器的内部存储单元也包括外部存储设备。所述可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述控制器所需的其他程序和数据。所述可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应用实例：
如图5所示，进行机器人末端执行器的三维位置、三维姿态的调整，应选择6维力传感器。其中调节装置中的多维力传感器获取的三维力(Fx,Fy,Fz)用于机器人末端执行器对应的三维位置调整，调节装置的三维力矩(Mx,My,Mz)用于机器人末端执行器对应的三维姿态调整。三维力和三维力矩信息的正负对应调节的方向，信息的大小对应调整量的大小，设机器人末端执行器沿x-轴的调节量为-40～+40cm，调节装置中的多维力传感器沿x-轴的力信息(Fx)的量程为-100N～+100N。
信号预处理模块结合专用的信号处理方法对多维力传感器获取的信息进行预处理，去除温漂、零漂等噪音，消除因电磁干扰等原因引起的误差，并对信号中的线性误差进行补偿、滤波、采样和整定，确保多维力传感器获取的信息的准确性。多维力传感器获取的信息存在维间耦合，即某个方向的加载除了引起本维的输出外，还会引起其他维的输出，这种维间的耦合将会引起调节装置在耦合的方向上产生错误的调节动作。因此，处理模块采用解耦算法消除耦合误差，获得互不相关的i路力/力矩信息输出(i＝1--6)，如图6所示，保证多维力传感器的各维信息不含耦合误差。
调节装置在使用时，实时检测操作者施加的力和力矩的方向与大小，根据各维力和力矩信息产生调节作用，通过输出模块产生与各路力/力矩信息成比例的调节输出。如某一时刻多维力传感器检测到沿x-轴的力Fx为-40N、绕y-轴的力矩为0.1Nm，经处理模块的解耦算法后的输出为：沿x-轴的力Fx为-40N，其他维的输出为0。根据公式
可以获得调节装置的调节输出为-16，即调节装置将调整机器人末端执行器向x-轴的反方向运动16cm。
调节伺服驱动模块根据输出模块的输出产生相应的驱动力矩，带动调节执行机构完成对应的调节动作，调节控制系统根据调节执行机构实际的调节大小反馈，结合闭环控制实现精确的调节。
综上所述，本发明提供的一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置、调整方法可以有效解决传统调节装置的集成性、连续性检测方面的技术问题，且结构简单、调节操控性更好、线性故障率更低。
需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置，其特征在于：至少包括：多维力传感器、处理模块、调节伺服驱动模块以及调节执行机构；
其中，所述多维力传感器用于采集调节信号，每个调节功能分别对应所述多维力传感器的一路力信号，所述力信号表征所述调节信号；
所述多维力传感器与所述处理模块通讯连接，所述处理模块依据所述多维力传感器的每一路力信号识别调节意图；
所述调节伺服驱动模块与所述处理模块通讯连接，用于生成驱动信号，并驱动所述调节执行机构完成调节动作；
其中，若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，每一路输出信号的方向、幅值分别与调节装置在对应调节功能下调节量的调节方向、大小存着对应关系；若所述输出信号为非数值信号，每一路输出信号的出现频率与调节装置对应调节功能下调节量的大小存着对应关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述调节伺服驱动模块之前设有调节控制系统，所述调节控制系统用于根据所述调节意图输出调整量，所述调节伺服驱动模块的驱动信号是基于所述调整量生成，所述调整量与调节装置的调节量存在对应关系，所述调整量表征控制调节执行机构的控制信号。
3.根据权利要求1所述的多功能一体化调节装置，其特征在于：若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，所述输出信号的幅值与调整量的大小的关系如下：
hi＝γβ+ɑFit/Fimax
式中，hi为第i路力信号对应的多功能一体化调节装置中调节控制系统的调整量，α为放大系数，γ为比例系数，β表征不同采样时刻的力信号的输出信号变化差随时间变化的程度系数，Fit为第i路力信号对应在t采样时刻的输出信号，Fimax为第i路力信号的最大量程；
所述调整量与调节装置的调节量存在对应关系，所述调整量表征控制调节执行机构的控制信号。
4.一种基于多维力传感器的多功能一体化调节装置的调节方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：多功能一体化调节装置中的多维力传感器采集到力信号，其中，每个调节功能分别对应所述多维力传感器的一路力信号，所述力信号表征调节信号；
S2：对采集的力信号进行数据处理识别调节意图，并换算成调节量；
其中，若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，每一路输出信号的方向、幅值分别与调节装置在对应调节功能下调节量的调节方向、大小存着对应关系；若所述输出信号为非数值信号，每一路输出信号的出现频率与调节装置对应调节功能下调节量的大小存着对应关系；
S3：基于所述调节量，所述多功能一体化调节装置中的调节执行机构进行相应调节。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，输出信号的幅值与调节量的大小的关系如下：
hi＝γβ+ɑFit/Fimax
式中，di为第i路力信号对应的调节装置的调节量，hi为第i路力信号对应的多功能一体化调节装置中调节控制系统的调整量，himax和himin分别表示第i路力信号的最大和最小调整量，dimax和dimin分别表示第i路力信号的最大和最小调节量，α为放大系数，γ为比例系数，β表征不同采样时刻的力信号的输出信号变化差随时间变化的程度系数，Fit为第i路力信号对应在t采样时刻的输出信号，Fimax为第i路力信号的最大量程。
6.根据要求5所述的方法，其特征在于：不同采样时刻的力信号的输出信号变化差随时间变化的程度系数β的公式如下：
β＝ΔFi/Δt,ΔFi＝Fi(t+1)-Fit
式中，Δt为相邻两个采样时刻的时间差，ΔFi为t采样时刻和t+1采样时刻的第i路力信号的输出信号差值，Fi(t+1)为第i路力信号对应在t+1采样时刻的输出信号。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：若所述多维力传感器中每一路力信号的输出信号为非数值信号，预先设定每一路输出信号的出现频率与调节量的大小的对应关系。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：还包括：
若检测任一路力信号对应的调节量超过调节装置上对应一个调节功能的最大调节量或任一路力信号对应的调节量小于调节装置上对应一个调节功能的最小调节量时，所述调节执行机构不执行调节动作且启动对应超上限报警、超下限报警。
9.一种可读存储介质，其特征在于：存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以实现：
获取通过多维力传感器采集的力信号；
对采集的力信号进行数据处理识别调节意图，并换算成调节量；
基于所述调节量，控制调节执行机构进行相应调节；
其中，每个调节功能分别对应所述多维力传感器的一路力信号，所述力信号表征调节信号，若所述多维力传感器的输出信号为数值信号，每一路输出信号的方向、幅值分别与调节装置在对应调节功能下调节量的调节方向、大小存着对应关系；若所述输出信号为非数值信号，每一路输出信号的出现频率与调节装置对应调节功能下调节量的大小存着对应关系。
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