Trong thực tế, hầu hết các hệ thống phản hồi lực đều yêu cầu phản hồi lực 3D để phản hồi toàn bộ lực vận hành của người điều khiển. Do đó, cần có một hệ thống phản hồi lực 3D là rất cần thiết, cho nên trên cơ sở hệ thống phản hồi lực 2D [77] của
77
nhóm nghiên cứu trước đó tác giả phát triển một hệ thống joystick 3D phản hồi lực có các đặc điểm nổi bật như sau:
- Về thiết kế: Bố trí hai BMRA trên hai trục X và trục Y (biểu diễn mô men Tx,
Ty), đồng thời bố trí một phanh tuyến tính sử dụng MRF (LMRB) trên trục Z (biểu diễn lực Fb). Các cơ cấu BMRA và LMRB đều được tối ưu hóa có xét đến không gian làm việc, ma sát ngoài trạng thái (trạng thái không áp dụng dòng điện) và có xem xét lực tác động cần thiết phù hợp cho hệ phản hồi lực thông thường.
- Về phân tích: trong nghiên cứu trước đây các tác giả chỉ mới phân tích lực phản hồi đơn lẻ còn trong nghiên cứu này thì việc phân tích phản hồi lực 3D của hệđược thực hiện bằng cách sử dụng nguyên lý công ảo.
- Vềđiều khiển: xây dựng các bộ điều khiển cho hệ thống qua đó tại vị trí bất kỳ của núm điều khiển sẽ được xác định dựa trên ma trận quay và được ghi lại trong quá trình vận hành cần điều khiển. Ngoài ra, việc kiểm soát lực phản hồi thông thường được đưa vào sẽ tiến hành riêng biệt bằng cách kiểm soát lực hãm của LMRB.
Từ các phân tích trên nhóm nghiên cứu đã phát triển một hệ thống joystick 3D phản hồi lực dựa trên sự kết hợp của hai BMRA, một LMRB với cơ cấu gimbal được thể hiện bởi Hình 4.1
78
Hệ thống phản hồi lực 3D hoạt động như sau: mỗi BMRA (1, 2) có hai trục đầu vào sẽ được dẫn động bởi hai động cơ AC servo thông qua hệ thống bánh răng côn đảo chiều, trục đầu ra của hai BMRA được kết nối với hai trục của cơ cấu gimbal (4). Cơ cấu gimbal được vận hành thông qua một tay cầm (C) được tích hợp với LMRB (3). Núm điều khiển được gắn chặt trục của LMRB, trong khi vỏ của LMRB được kết nối với thân trục Y của cơ cấu gimbal thông qua chốt xoay hình cầu và xoay quanh chốt này dọc theo khe thân trục Y (mặt phẳng I). Tay cầm được đặt trong khe thân trục X của cơ cấu gimbal và có thể tự do di chuyển dọc theo khe này (mặt phẳng II). Với cấu hình này, lực tác động dọc theo tay cầm được phản ánh bằng lực hãm của LMRB (di chuyển lên xuống theo trục của LMRB), trong khi hai lực tiếp tuyến của tay cầm (lực vuông góc với tay cầm) được phản ánh bởi hai BMRA. Góc hoạt động của cần điều khiển trục X và Y trong khoảng - 600đến + 600
4.2 Tính toán mô men/lực của BMRA và LMRB. 4.2.1 Tính toán mô men BMRA.