| HD2概述 |
| HD2(High-Definition Hap tic Device)高精触觉系统应用于触觉和机器人前沿技术研究的高精度6自由度触觉仪器。HD2与QuaRC |
| 控制设计环境结合在一起，构成了高效、适应性强的力反馈平台。这种硬件和软件的结合为各种新兴的应用，如虚拟医疗仿真器 |
| 和远距离遥控之类的设备提供了灵活的开发测试平台。 |
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| 在虚拟世界中体验真实的感受 |
作为灵巧的触觉设备，HD2允许研究人员通过可编程的力反馈信号与虚拟或者远程的环境产生互动。于其他市场上常见的触觉设 |
| 备相比，HD2的活动空间很大，动力学干扰很低。这种平行的机械结构可以逆向驱动，却只产生极小甚至可以被忽略的摩擦力。 |
| 重型绞盘在减少穿透惯性的同时保持了结构装置的稳定性。许多重要的特性，如高分辨率的光学编码器，高性能的直流发动机， |
| 精确的运动学模型等，使得高精度机器人和触觉控制等在以前极具挑战性的技术得以实现。HD2的应用包括广阔的创新应用，如 |
| 空间和海底考察，先进的远距离操作平台等，在这些方面，灵敏度和精准性十分关键。机器人辅助手术，虚拟现实模拟设备，病 |
| 人康复系统以及博彩系统，是其他对HD2较为领先的应用。 |
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| HD2如何工作 |
通过７个高分辨率的光学编码器，控制器的运动可以用６个自由度来描述。其中5个自由度可以受力。为了最小化加诸于工作区 |
| 的重量，可调节的配重被加到每个基座上。HD2内置了6个线性电流放大器（Quanser LCAM），使硬度系数最高可以达到 |
| 20,000 N/m。HD2同时提供脚踏板作为切换应用程序的数字输入信号。本系统通过PC机上的Q8高性能硬件在环（HIL）控制板 |
| 卡进行控制。无缝集成到Matlab和Simulink中的QuaRC软件允许HD2用户在使用高度灵活的控制系统设计环境的同时，节省项目 |
| 的设计时间。 |
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| 本系统面向研究的实验包括 |
| ● 医疗远程手术控制系统 |
● 远程遥控遥测系统 |
● 机器人远程控制系统 |
| ● 机器人远程排雷控制系统 |
● 虚拟医疗仿真 |
● 网络远程控制系统 |
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| 系统主要特点 |
| ●无缝集成于Matlab和Simulink软件 |
● 坚固的铝制结构框架 |
| ● 模块化设计（方便更换以进行不同的实验） |
● 详尽的系统物理参数 |
| ● 通过SCSI线缆方便的与数据采集板卡连接 |
● 详细的用Maple语言建立的系统数学模型 |
| ● 可以逆向驱动，较低的动力学干扰 |
● 高度稳定的结构，很低的摩擦力和惯性 |
● 绞盘驱动的机制可以达到更高的扭矩 |
● 精确的平衡锤设计以减少重力的影响 |
● 边面板上的辅助模拟和数字输入设备可以为外设提供服务 |
● 可配制的基架位置，以适应于不同的工作区 |
● 高精度光学编码器 |
● 内置线性电流放大器 |
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| 面向的相关研究 |
| ● 位置和速度控制 |
● 抗扰性分析 |
| ● 跟踪控制和调节控制 |
● PID控制器设计 |
| ● 超前/滞后补偿 |
● 状态反馈 |
| ● 系统建模和仿真 |
● 多变量系统控制 |
| ● 相位裕度和增益裕度 |
● 实时控制 |
| ● Nyquist稳定性分析 |
● 硬件在环控制（Hardware-in-the-loop） |
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| 研究实验系统的组成 |
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| 系统详细规格参数 |
| 轴 |
X |
Y |
Z |
Roll |
Pitch |
Yaw |
| 完全运动空间(mm, 度) |
110 |
110 |
110 |
180 |
180 |
连续 |
| 半运动空间(mm, 度) |
160 |
160 |
160 |
90 |
90 |
连续 |
| 惯性 (g, g.m^2) |
300 |
300 |
300 |
2.29 |
2.29 |
0.79 |
| 后向驱动摩擦力(N , N/mm) |
0.353 |
0.353 |
0.353 |
61.775 |
61.775 |
0.5 |
| 最大受力/扭矩(N, N.mm) |
19.71 |
19.71 |
13.94 |
1725 |
1725 |
N/A |
| 连续受力/扭矩 (N, N.mm) |
10.84 |
10.84 |
7.67 |
948.75 |
948.75 |
N/A |
| 位置精度(mm, 度) |
0.051 |
0.051 |
0.051 |
0.033 |
0.033 |
0.088 |
| 硬度 (N/mm, N.mm/rad) |
10 |
10 |
10 |
76562.5 |
76562.5 |
N/A |
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| 维度 H × W × L (m) |
0.53 × 0.3 × 0.5 |
| 质量（包含功放）(Kg) |
22 |
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兼容平台 |
| 控制设计环境 |
QuaRC® with Matlab® and Simulink®, LabVIEW™ |
| 目标机 |
Microsoft Windows®, QNX® Momentics |
| 数据采集板卡 |
Q8, National Instruments™ E and M series* |
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