13、触觉系统的透明度与延时控制研究

触觉系统的透明度与延时控制研究

1. 触觉系统透明度相关研究

在触觉系统中，控制方法对于实现良好的透明度至关重要。其中，控制上限 C2 和 C1 在不同方面展现出各自的特点。

控制上限 C2 满足输入 - 状态稳定性（ISS）条件时，其 k_dis 会被控制逐渐增加以满足 h(k_dis)。不过，在 k_c 达到实际 k_dis 之前，渲染力和环境力之间会存在误差，这是由于 k_c 与实际 k_dis 存在差异。当 k_c 达到实际 k_dis 后，环境力就能准确地传递给用户。而且，使用控制上限 C2 时对最大可渲染刚度没有限制，相比控制上限 C1 能渲染更高的刚度。

然而，使用控制上限 C2 可能会放大高频噪声。但在商业触觉设备中，由于其位置分辨率通常足够，高频噪声很少出现。例如，商业触觉设备 Omega 7 的平移运动分辨率小于 0.01 mm，此时控制上限 C2 可以令人满意地使用。

为了更深入研究，使用 Omega 7 进行了 1 自由度的实验分析，并且该分析可通过分别为 x、y 和 z 方向定义 k_dis 直接扩展到多自由度情况。Omega 7 的机械特性参数如下：
| 参数 | 值 |
| ---- | ---- |
| 质量 m_d | 0.285 kg |
| 阻尼 b_d | 0.739 Ns/m |
| 库仑摩擦力 f_c | 0.243 N |

采样时间 T 设为 2 ms，缩放因子 α 设为 1/T。

通过这些测量的特性计算 ISS 的四个条件，结果表明条件 I、II、IV 总是满足。对于没有 C(z) 的系统，条件 II 仅在 k_dis 小于