1. 1T ng quan chun gv lĩnh vực nghiên cu
3.2 Tái to cm giác xúc giác áp suất (c ng, m m)
C m giác về áp lực đ ợc t o ra khi t ơng tác với một đối t ợng thông qua việc đè nén lên nó. Theo định luật 3 c a Newton, khi tác d ng lên vật một lực F thì chúng ta nhận đ ợc một ph n lực F’ cùng ph ơng ng ợc chiều và có độ lớn bằng độ lớn mà lực tác d ng lên vật. Nh vậy, thông qua ph n lực ta nhận biết đ ợc độ c ng, mềm c a vật t ơng tác.
Trong đề tài này, chúng tôi đề xuất ph ơng pháp sử d ng mô-men động cơ DC để t o c m giác về lực, vì vậy việc t o c m giác xúc giác áp suất đ ợc thay bằng việc điều khiển mô-men xoắn c a động cơ DC.
Đối với động cơ DC, c ng độ dòng điện c a động cơ điện tăng tuyến tính với t i mô-men đ ợc mô t b i trong ph ơng trình:
Trong đó:
motor: Mô-men xoắn đầu ra c a động cơ điện DC
i: C ng độ dòng điện
kt: Hệ số mô-men c a động cơ điện
: Hiệu suất động cơ điện
Để tính toán lực ph n hồi lên tay ng i điều khiển, chúng tôi đề xuất mô hình đ ợc giới thiệu trên hình 3.1.
Hình 3.1: Mô hình tính toán ph n hồi lực Trong hình 3.1:
AB: là thanh thẳng có chiều dài R đ ợc gắn trên tr c c a động cơ DC F: là lực mà ng i điều khiển tác d ng lên đầu B c a thanh AB M: Mô-men do lực F gây ra t i A
l: Chiều dài cung BB’(độ dịch chuyển c a thanh AB khỏi vị trí cân bằng)
Để đẩy đ ợc thanh AB dịch chuyển đi một đo n l thì mô-men do lực F gây ra ph i lớn hơn mô-men xoắn c a động cơ DC. Vì chiều dài thanh AB là không đổi nên
B R motor Tr c DC motor B’ α F l A M motor ikt (3.1)
muốn tăng mô-men M cần ph i tăng lực F. Nh vậy, mô-men xoắn trên động cơ DC t o ra càng lớn thì áp lực tác d ng lên tay ng i điều khiển càng lớn. Theo công th c (3.2), để tăng motor cần ph i tăng dòng điện i. Giá trị dòng điện i đ ợc đo bằng c m biến dòng. Ph ơng pháp t o c m giác về áp lực này đ ợc gọi là ph ơng pháp dựa trên c m biến dòng.
Do thanh AB đ ợc nối vào tr c động cơ nên khi thanh AB dịch chuyển sẽ làm thay đổi vị trí c a góc quay c a tr c động cơ thay đổi theo. Góc quay này đ ợc đo bằng một biến tr . Giá trị góc quay này đ ợc gửi tới bộ điều khiển PID. T i bộ điều khiển này sẽ tính toán tỉ lệ sai lệch và gửi dòng điều khiển tới bộ khuếch đ i động cơ. Bộ khuếch đ i sẽ nâng dòng lên đ công suất để điều khiển động cơ, làm động cơ ho t động. Động cơ ho t động t o ra mô-men làm thay đổi h ớng quay c a thanh AB. δực do ng i điều khiển tác d ng lên đầu A c a thanh AB làm tăng mô-men c n trên tr c động cơ. Khi đó, dòng điện cấp cho động cơ t i bộ khuếch đ i tăng lên và để bộ điều khiển lực biết đ ợc điều này cần c m biến dòng gửi tín hiệu về bộ điều khiển lực. Bộ điều khiển lực sẽ tính toán lực cần thiết và gửi tín hiệu tới bộ khuếch đ i. Bộ khuếch đ i sẽ tăng dòng điều khiển đáp ng công suất động cơ. Nh vậy dựa trên tín hiệu c m biến dòng để tái t o c m giác lực cho ng i điều khiển.
Trong mô hình trên hình 3.1, khi góc quay thanh AB càng lớn thì lực tác d ng lên ng i điều khiển càng lớn, nghĩa là mô-men c n do động cơ t o ra ph i càng lớn. δúc đó, ng i điều khiển có c m giác c ng hơn. Dòng điện cung cấp cho mô-tơ tăng tuyến tính theo góc quay thanh AB theo ph ơng trình:
Trong đó: i (A): C ng độ dòng điện k: Hằng số thực nghiệm α: Góc quay thanh AB (3.2) = .
T i vị trí cân bằng thì mô-men do lực F gây ra bằng mô-men do động cơ DC gây ra, ta có:
Nh vậy, lực tác d ng lên tay ng i điều khiển là: