本發(fā)明屬于線性馬達領(lǐng)域，具體涉及一種線性馬達剎車方法、線性馬達剎車裝置以及具有該種線性馬達剎車裝置的觸覺反饋系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

線性馬達由于其尺寸小、啟動快、剎車快的優(yōu)越性能，在振動反饋的應(yīng)用中使用的越來越廣泛，常用于模擬各種各樣的振動情形。在各類應(yīng)用中，有一類情形要求線性馬達振動可以實現(xiàn)很快剎車，可是線性馬達的加速度往往很慢才能剎住。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種線性馬達剎車裝置。該種裝置通常包括主控制模塊5、與主控制模塊5連接的驅(qū)動模塊2以及與該驅(qū)動模塊2連接的線性馬達1。該種觸覺反饋系統(tǒng)中并不存在反饋控制，因此其無法監(jiān)控和反饋個體參數(shù)的波動及環(huán)境變化?，F(xiàn)有技術(shù)中存在一種具有反饋控制的線性馬達剎車裝置，該裝置中使用默認電壓和波形控制線性馬達剎車，其不能實現(xiàn)最優(yōu)最快的剎車；當振動很小時，驅(qū)動電壓本身的精度、采樣率及其細微變化、電壓比特數(shù)、優(yōu)化測量裝置和因為環(huán)境變化等帶來的偏差限制了進一步控制驅(qū)動波形實施剎車的效果。另外，該種反饋控制只能基于對f0的跟蹤，并且只能在部分周期驅(qū)動，其導致數(shù)個周期后才能完成剎車工作，且穩(wěn)定性不好。該種線性馬達剎車裝置的時間與電壓的關(guān)系圖如圖2所示。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種線性馬達剎車方法，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過反饋控制在初次剎車的基礎(chǔ)上增加二次剎車過程，以實現(xiàn)快速剎車。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種線性馬達剎車方法，包括以下步驟：

s100：檢測處于振動狀態(tài)的線性馬達的振動信息，并分析得到所述線性馬達的振動速度；

s200：向線性馬達輸入與所述振動速度反相的初次剎車驅(qū)動信號，以初次減小所述線性馬達的振幅，實現(xiàn)所述線性馬達的初次剎車；

s300：檢測初次剎車后所述線性馬達的振動信息；

s400：對步驟s300中檢測到的振動信息進行分析，根據(jù)振動信息分析結(jié)果得到反饋剎車驅(qū)動信號；

s500：向初次剎車后的線性馬達輸入反饋剎車驅(qū)動信號，以再次減小所述線性馬達的振幅，實現(xiàn)所述線性馬達的二次剎車。

進一步的，所述步驟s200中，所述初次剎車驅(qū)動信號為固定波形驅(qū)動信號。

進一步的，所述步驟s300中，所述振動信息為線性馬達的振動速度和/或振動加速度和/或線性馬達振動時產(chǎn)生的反向電動勢。

進一步的，所述步驟s400中，所述反饋剎車驅(qū)動信號用于提供使所述線性馬達振幅減小的電磁阻力。

本發(fā)明還提供一種線性馬達剎車裝置，包括線性馬達、驅(qū)動模塊、檢測模塊、反饋控制模塊和主控制模塊；

所述檢測模塊與所述主控制模塊和所述反饋控制模塊連接，用于檢測線性馬達的振動信息并將振動信息發(fā)送到所述主控制模塊和所述反饋控制模塊；

所述主控制模塊分別與所述檢測模塊和所述驅(qū)動模塊連接，用于根據(jù)所述振動信息產(chǎn)生初次剎車控制信號，并向所述驅(qū)動模塊發(fā)出初次剎車控制信號；

所述反饋控制模塊分別與所述檢測模塊和所述驅(qū)動模塊連接，所述反饋控制模塊接收所述檢測模塊檢測到的振動信息并進行振動信息分析，根據(jù)振動信息分析結(jié)果得到反饋剎車控制信號，并將反饋剎車控制信號發(fā)送到驅(qū)動模塊；

所述驅(qū)動模塊分別與所述主控制模塊、所述反饋控制模塊和所述線性馬達連接，所述驅(qū)動模塊分別根據(jù)所述主控制模塊發(fā)送的所述初次剎車控制信號產(chǎn)生所述初次剎車驅(qū)動信號以驅(qū)動所述線性馬達實現(xiàn)初次剎車，并根據(jù)所述反饋控制模塊發(fā)送的反饋剎車控制信號產(chǎn)生反饋剎車驅(qū)動信號，以驅(qū)動所述線性馬達實現(xiàn)二次剎車。

一個實施例中，所述振動信息為所述線性馬達的振動速度和/或振動加速度和/或線性馬達振動時產(chǎn)生的反向電動勢；所述檢測模塊包括速度傳感器和/或加速度傳感器和/或電動勢傳感器。

一個實施例中，所述初次剎車驅(qū)動信號為與所述振動馬達的振動速度反相的信號。

進一步的，所述反饋剎車驅(qū)動信號用于提供使所述線性馬達振幅減小的電磁阻力。

進一步的，所述反饋控制模塊和主控制模塊相連接，將反饋剎車控制信號發(fā)送到主控制模塊，主控制模塊存儲所述反饋剎車控制信號。

本發(fā)明還提供一種觸覺反饋系統(tǒng)，包括觸覺檢測模塊，以及前面任意所述的線性馬達剎車裝置；

所述觸覺檢測模塊檢測觸覺操作動作，將檢測到的觸覺操作動作轉(zhuǎn)化為觸覺操作信號，并將所述觸覺操作信號發(fā)送到所述線性馬達剎車裝置中的主控制模塊；

所述線性馬達剎車裝置中的主控制模塊對觸覺檢測模塊檢測到的觸覺操作信號進行分析，根據(jù)觸覺操作信號分析結(jié)果并結(jié)合所述線性馬達的振動信息得到初次剎車控制信號，控制所述線性馬達剎車裝置中的驅(qū)動模塊產(chǎn)生初次剎車驅(qū)動信號，驅(qū)動線性馬達實現(xiàn)初次剎車。

進一步的，所述觸覺反饋系統(tǒng)還包括存儲模塊，用于存儲觸覺反饋文件，使所述線性馬達剎車裝置中的主控制模塊根據(jù)觸覺反饋文件的內(nèi)容并結(jié)合所述線性馬達的振動信息產(chǎn)生初次剎車控制信號。

進一步的，所述觸覺檢測模塊為壓電傳感器。

進一步的，所述觸覺反饋系統(tǒng)還包括無線通信模塊，用于與其他觸覺反饋系統(tǒng)或智能終端進行無線通信，或用于連入網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明提出了一種線性馬達剎車方法及裝置，以及觸覺反饋系統(tǒng)，其采用初次剎車(開環(huán)控制)的方式實現(xiàn)線性馬達振幅的迅速降低，并采用反饋剎車(閉環(huán)控制)的方式控制線性馬達的自然衰減，從而進一步減小該振動馬達的振蕩周期，縮短剎車時間；該剎車方法可在線性馬達振幅很小時，仍可實現(xiàn)線性馬達的快速剎車功能。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中線性馬達剎車裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中線性馬達剎車方法實驗圖；

圖3是本發(fā)明實施例1中線性馬達剎車方法流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例1中線性馬達剎車方法實驗圖；

圖5為本發(fā)明實施例2中線性馬達剎車裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例3中線性馬達剎車裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例4中觸覺反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細描述。應(yīng)當理解，附圖中所示各零部件是示意性而非限制性的，各特征未按比例畫出。

實施例1

如圖3所示，本發(fā)明提出了一種線性馬達剎車方法，本發(fā)明中所述線性馬達也可稱為直線電機、直線馬達或線性電機，所述線性馬達包括定子和振子，包括振子和定子，所述定子可被驅(qū)動產(chǎn)生感應(yīng)磁場的結(jié)構(gòu)，所述振子與定子相互作用，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。本發(fā)明中所述線性馬達的剎車，為所述定子被剎車驅(qū)動信號驅(qū)動產(chǎn)生與原感應(yīng)磁場方向相反的感應(yīng)磁場，從而驅(qū)使振子振動減弱，振幅減小的過程。

本發(fā)明具體包括以下步驟：

s100：檢測處于振動狀態(tài)的線性馬達的振動信息，并分析得到所述線性馬達的振動速度。其中，該振動信息包括線性馬達的振動速度和/或線性馬達振動時產(chǎn)生的反向電動勢。根據(jù)該振動信息可獲得該線性馬達的振動速度。當然，在本發(fā)明的其他實施例中，除了通過反向電動勢計算得到線性馬達的振動速度外，也可以采用其他方式，例如速度傳感器等物理手段直接測得該線性馬達的振動速度。

s200：向線性馬達輸入與所述振動速度反相的初次剎車驅(qū)動信號，以初次減小所述線性馬達的振幅，實現(xiàn)所述線性馬達的初次剎車。其中，所述剎車驅(qū)動信號可為固定波形驅(qū)動信號，如方波驅(qū)動信號或正弦驅(qū)動信號，驅(qū)動信號的具體參數(shù)，如振幅和頻率等，可根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)。其中，該初次剎車實際上是對線性馬達的開環(huán)控制。優(yōu)選的，經(jīng)過初次剎車后，所述線性馬達的振動加速度下降至初始加速度的10％以下。

s300：檢測初次剎車后線性馬達的振動信息。所述振動信息包括線性馬達的振動速度和/或線性馬達的振動加速度和/或線性馬達振動時產(chǎn)生的反向電動勢。所述振動速度可使用振動傳感器檢測；所述加速度可使用加速度傳感器，如加速度計進行檢測；所述反向電動勢可使用電動勢傳感器進行檢測，如磁電感式傳感器、霍爾式傳感器或壓電式傳感器。本步驟中采集線性馬達的振動信息，可單獨采集線性馬達的振動速度、線性馬達的振動加速度和線性馬達振動時產(chǎn)生的反向電動勢中的一種信息，也可采集其中的兩種信息，也可三種信息均采集。

s400：對步驟s300中檢測到的振動信息進行分析，根據(jù)振動信息分析結(jié)果得到反饋剎車驅(qū)動信號。在該步驟s400中，根據(jù)該線性馬達的振動信息可以反推獲得線性馬達的振動速度，隨后根據(jù)該振動速度獲得反饋剎車驅(qū)動信號。其中，該反饋剎車驅(qū)動信號用于提供使該線性馬達的振幅減小的電磁阻力；該電磁阻力通過跟蹤該線性馬達的振動速度的變化獲得的，且電磁阻力與該線性馬達振動阻尼同相位。

s500：向初次剎車后的線性馬達輸入反饋剎車驅(qū)動信號，以再次減小所述線性馬達的振幅，實現(xiàn)所述線性馬達的二次剎車。其中，該二次剎車實際上是對線性馬達進行閉環(huán)控制。

本實施例中，首先采用開環(huán)控制的方式實現(xiàn)初次剎車，使該線性馬達以最快的速度將加速度降到極低的水平(例如衰減到初始加速度的10％以下)；隨后通過閉環(huán)控制的方式實現(xiàn)線性馬達的二次剎車(自動負反饋剎車)，由此控制線性馬達自然衰減，從而進一步減小該振動馬達的振蕩周期，縮短該線性馬達的剎車時間。該剎車方法可在線性馬達振幅非常小的時候仍能實現(xiàn)快速剎車。

可以理解，本發(fā)明提出的線性馬達剎車方法，并不局限于兩次剎車，可根據(jù)實際情況，在初次剎車的基礎(chǔ)上，循環(huán)步驟s300-s500，直到達到預期的剎車效果，結(jié)束循環(huán)。例如，可根據(jù)實際情況進行三次剎車或四次剎車等。

下面通過仿真實驗將本發(fā)明所提出的方法與現(xiàn)有技術(shù)進行對比。由圖2和圖4所示，圖2為現(xiàn)有技術(shù)中線性馬達剎車方法實驗圖，圖4為本發(fā)明實施例1中線性馬達剎車方法實驗圖。圖2中，曲線9為輸入控制信號，曲線10為線性馬達振動加速度信號，曲線11為線性馬達的輸出加速度信號。由曲線10和11可見，使用固定模型驅(qū)動線性馬達剎車后，線性馬達的振動加速度仍在一段時間內(nèi)保持原始振動狀態(tài)，即剎車響應(yīng)速度慢。而在圖4中，曲線12為初次剎車后線性馬達振動加速度信號，曲線13為二次剎車后線性馬達振動加速度信號。采用本發(fā)明的剎車方法后，在初次剎車后，線性馬達的振動加速度降低程度較弱，而二次剎車之后，線性馬達已近似達到停止振動的狀態(tài)，即本發(fā)明所提出的線性馬達剎車方法顯著的減少了剎車時間，剎車響應(yīng)速度快。

實施例2

如圖5所示，本發(fā)明提出了一種線性馬達剎車裝置，所述線性馬達剎車裝置包括線性馬達1、驅(qū)動模塊2、檢測模塊3、反饋控制模塊4和主控制模塊5。

所述檢測模塊3與主控制模塊5和反饋控制模塊連接4連接，用于檢測線性馬達1的振動信息并將振動信息發(fā)送到反饋控制模塊4。其中，所述振動信息為所述線性馬達的振動速度和/或振動加速度和/或線性馬達振動時產(chǎn)生的反向電動勢。對應(yīng)的，檢測模塊3可為速度傳感器，用于檢測線性馬達的振動速度；所述檢測模塊也可為加速度傳感器，用于檢測線性馬達的振動加速度；所述檢測模塊也可為電動勢傳感器，用于檢測線性馬達振動時產(chǎn)生的反向電動勢，所述電動勢傳感器可使用磁電感式傳感器、霍爾式傳感器或壓電式傳感器中的一種或幾種。

所述主控制模塊5分別與所述檢測模塊3和與驅(qū)動模塊2連接，用于根據(jù)所述振動信息產(chǎn)生初次剎車控制信號，并向所述驅(qū)動模塊發(fā)出初次剎車控制信號。

所述反饋控制模塊4分別與檢測模塊3和驅(qū)動模塊2連接，反饋控制模塊4接收檢測模塊3檢測到的振動信息并進行振動信息分析，根據(jù)振動信息分析結(jié)果得到反饋剎車控制信號，并將反饋剎車控制信號發(fā)送到驅(qū)動模塊。

所述驅(qū)動模塊2分別與主控制模塊5、反饋控制模塊4和線性馬達1連接，驅(qū)動模塊2分別根據(jù)主控制模塊5發(fā)送的初次剎車控制信號產(chǎn)生初次剎車驅(qū)動信號以驅(qū)動所述線性馬達1實現(xiàn)初次剎車，并根據(jù)反饋控制模塊4發(fā)送的反饋剎車控制信號產(chǎn)生反饋剎車驅(qū)動信號，以驅(qū)動所述線性馬達實現(xiàn)二次剎車。其中，所述初次剎車驅(qū)動信號為與所述振動馬達的振動速度反相的信號。該反饋剎車驅(qū)動信號用于提供使該線性馬達的振幅減小的電磁阻力；該電磁阻力通過跟蹤該線性馬達的振動速度的變化獲得的，且電磁阻力與該線性馬達剎車同相位。

所述線性馬達1分別在初次剎車驅(qū)動信號和反饋剎車驅(qū)動信號的驅(qū)動下剎車。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中線性馬達剎車裝置結(jié)構(gòu)示意圖，可見，現(xiàn)有技術(shù)中的線性馬達剎車裝置只包括線性馬達1、驅(qū)動模塊2和主控制模塊5，現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)線性馬達剎車的過程即為主控制模塊5發(fā)出初次剎車控制信號，驅(qū)動線性電機1剎車。所述方法采用默認電壓和波形驅(qū)動線性電機剎車，剎車相應(yīng)速度和精確度均不高，且不可進一步調(diào)節(jié)，不能提供最優(yōu)最快的解決方案。

參照圖5，本發(fā)明提供的線性馬達剎車裝置增加了檢測模塊3和反饋控制模塊4。在工作時，主控制模塊5向驅(qū)動模塊2發(fā)送初次剎車控制信號，驅(qū)動模塊2根據(jù)初次剎車控制信號產(chǎn)生初次剎車驅(qū)動信號驅(qū)動線馬達進行初次剎車。所述初次剎車驅(qū)動信號可為固定波形，如采用方波或正弦波，波形的參數(shù)如振幅或頻率等可根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)，線性馬達1在驅(qū)動模塊2的驅(qū)動下進行初次剎車。檢測模塊3檢測初次剎車后線性馬達1的振動信息，并將檢測到的振動信息發(fā)送到反饋控制模塊4；反饋控制模塊4對振動信息進行分析，根據(jù)分析結(jié)果得到反饋剎車控制信號并發(fā)送至驅(qū)動模塊2；驅(qū)動模塊2根據(jù)反饋剎車控制信號產(chǎn)生反饋剎車驅(qū)動信號驅(qū)動線性馬達進行二次剎車。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提出的線性馬達剎車裝置采用檢測模塊3和反饋控制模塊4聯(lián)合使用的方法，在初次剎車的基礎(chǔ)上，根據(jù)線性馬達的具體工作狀態(tài)進行再次剎車，使剎車過程具有較好的自適應(yīng)性，可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)反饋剎車控制信號，選取不同的反饋剎車驅(qū)動信號，提供符合實際情況的剎車解決方案。

實施例3

如圖6所示，為本發(fā)明提出的一種線性馬達剎車裝置，本實施例與實施例2的區(qū)別在于，反饋控制模塊4與主控制模塊5連接。在工作時，反饋控制模塊4除了將反饋剎車控制信號發(fā)送給驅(qū)動模塊2，還將反饋剎車控制信號發(fā)送至主控制模塊5，主控制模塊5存儲所述反饋剎車控制信號。本實施例中，主控制模塊5對每次產(chǎn)生的反饋剎車控制信號進行存儲，便于隨時監(jiān)控反饋控制裝置2和線性馬達1的工作狀態(tài)，并可對所有存儲的反饋剎車控制信號與線性馬達剎車過程中檢測得到的振動信息結(jié)合分析，得到線性馬達最優(yōu)反饋控制信號，即在所述反饋控制信號的驅(qū)動下，線性馬達的剎車響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性強、精度高，剎車效果最好。

實施例4

如圖7所示，為本發(fā)明提出的一種觸覺反饋系統(tǒng)，包括實施例2中提出的線性馬達剎車裝置和觸覺檢測模塊6。所述觸覺檢測模塊6檢測觸覺操作動作，將檢測到的觸覺操作動作轉(zhuǎn)化為觸覺操作信號，并將所述觸覺操作信號發(fā)送到所述線性馬達剎車裝置中的主控制模塊5。其中，所述觸覺檢測模塊6可為各種可檢測觸覺的裝置，本實施例中采用壓電傳感器，檢測壓力信號。

工作過程中，當有外界給予觸覺檢測模塊6一個操作動作，觸覺檢測模塊6將所述操作動作轉(zhuǎn)化為電信號，即觸覺操作信號，并將所述觸覺操作信號發(fā)送至所述線性馬達剎車裝置中的主控制模塊5。主控制模塊5對觸覺檢測模塊6檢測到的觸覺操作信號進行分析，根據(jù)觸覺操作信號分析結(jié)果并結(jié)合所述線性馬達的振動信息得到初次剎車控制信號，控制所述線性馬達剎車裝置中的驅(qū)動模塊產(chǎn)生初次剎車驅(qū)動信號，驅(qū)動線性馬達進行初次剎車。本發(fā)明提出的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)外界信號驅(qū)動線性馬達進行初次剎車，例如，當使用者按壓觸覺檢測模塊6，由于本發(fā)明中觸覺檢測模塊6為壓電傳感器，則觸覺檢測模塊6將按壓操作轉(zhuǎn)化為電信號，即觸覺操作信號，線性馬達剎車裝置根據(jù)所述觸覺操作信號并結(jié)合所述線性馬達的振動信息進行初次剎車驅(qū)動控制。

此外，本發(fā)明所提出的觸覺反饋系統(tǒng)還包括存儲模塊7和無線通信模塊8，所述無線通信模塊8可為藍牙通信裝置、紅外通信裝置或wifi通信裝置。所述存儲模塊7用于存儲觸覺反饋文件，使所述線性馬達剎車裝置可根據(jù)觸覺反饋文件的內(nèi)容驅(qū)動線性馬達實現(xiàn)初次剎車操作，而不需要根據(jù)觸覺檢測模塊6檢測的觸覺操作信號驅(qū)動線性馬達的初次剎車。所述觸覺反饋文件為記錄觸覺反饋控制信號的文件，例如基于振動強度相對值的觸覺反饋文件、基于振動強度絕對值的觸覺反饋文件以及基于特定終端設(shè)備的觸覺反饋文件。所述無線通信模塊8用于與其他觸覺反饋系統(tǒng)或智能終端進行無線通信，或用于連入網(wǎng)絡(luò)。例如，所述無線通信模塊8將觸覺反饋系統(tǒng)與其他智能終端無線連接，實現(xiàn)無線信號傳輸，觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)接收到的智能終端發(fā)送出的控制信號驅(qū)動線性馬達初次剎車。再例如，所述無線通信模塊8將觸覺反饋系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，從網(wǎng)絡(luò)下載觸覺反饋文件，用下載的觸覺反饋文件驅(qū)動線性馬達初次剎車。

本實施例中的提出的觸覺反饋系統(tǒng)中使用的線性馬達剎車裝置為實施例2中提出的線性馬達剎車裝置，也可使用實施例3中提出的線性馬達剎車裝置。

應(yīng)當理解，以上借助優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行的說明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在上述實施例的基礎(chǔ)上可以對各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。