Силовая (силомоментная) обратная связь

Силовая (силомоментная) обратная связь — передача уровня силы (давления, момента) сигналом обратной связи копирующему приводу по линии связи.

Классификация[править]

Силовую (силомоментную) обратную связь делят на:

активная: отрицательная обратная связь между приводами пары объектов. Управляющий объект пары тот, чей сигнал мощнее.
пассивная: сигнал отрицательной обратной связи заменяют пружины, возвращающие один из пары объектов в нулевое (стартовое) положение.

По типу управления силовую (силомоментную) обратную связь делят на:

Однодатчиковая: привод держит постоянной силу датчика-1 силы управляющего манипулятора. Привод управляющего и исполнительного манипуляторов включает переход за верхний или нижний порог датчика-1. Обратный переход порога выключает привод. Вместо датчика-2 для обратного движения управляющего манипулятора — короткоходная пружина.
Двухдатчиковая: привод включает превышение порога разности сил датчиков сгибания и разгибания управляющего манипулятора. Обратный переход порога выключает привод.

В силовой (силомоментной) обратной связи могут быть вместо датчика силы использованы тактильные датчики.

Типы физических величин, используемых для передачи сигнала[править]

Передача уровня силы (давления, момента) может быть выполнена:

по проводам.
по оптоволокну.
через модулируемые электромагнитные волны.
через модулируемые звуковые, ультразвуковые, гиперзвуковые волны.
через модуляцию потока нейтронов.
через модуляцию потока нейтрино.
через модуляцию потока мюонов.
через другие формы передачи сигнала через пространство.

Передача сигнала[править]

Силовая (силомоментная) обратная связь в быстродействующих копирующих манипуляторах передает в обе стороны 4 цифры: угол, угловая скорость, сила, скорость изменения силы.

Силовая (силомоментная) обратная связь не требует применения компьютера, буферизации сигнала. Наименьшую задержку управления силовой (силомоментной) обратной связью через интернет обеспечивает бессерверная обратная связь.

Скорость привода в силовой (силомоментной) обратной связи прямо пропорциональна:

скорости изменения силы
величине перехода силы за порог датчика силы

У силовой (силомоментной) обратной связи обычно линейная зависимость между входным, выходным сигналами. Но встречается и прогрессивное усиление. При квадратичном усилении при росте веса груза вдвое, усиление растет в 4 раза. Это позволяет например оператору экзоскелета поднимать грузы многократно превышающие возможности его мышц.

Пропорциональные датчики силы, угла плавно меняют выходной сигнал пропорционально входному действию. Разность углов управляющего и исполнительного манипуляторов дает знак перемещения привода. По знаку канал силы уравнивает цифры датчиков, двигая тот привод где меньше сила. Без пропорциональных датчиков силы двухсторонняя отрицательная обратная связь работает, но больше расход энергии, амплитуда паразитных колебаний: совпали углы — сила прижима (захвата) резко колеблется 0-100%.

Чем больше скорость изменения силы, тем больше коэффициент дополнительного усиления для уменьшения задержки управления.
Чем больше скорость изменения силы, угловая скорость, тем больше может быть частота опроса датчиков угла и силы для уменьшения задержки управления.
Чем больше величина силы или скорость её изменения, тем больше софт увеличивает диапазон рассогласования (несовпадения) углов обратной связи для уменьшения задержки управления.

Диапазон рассогласования углов обратной связи мал – исполнительный механизм точнее. Диапазон рассогласования углов больше – исполнительный механизм быстрее, сильнее. Софт силовой (силомоментной) обратной связи ставит диапазон рассогласования углов в зависимости от величины силы (скорости её изменения) по оптимальному балансу «точность – мощность».

Области применения[править]

Силовую (силомоментную) обратную связь применяют в:

в авиации для управления аэродинамическими элементами самолета с передачей (программный график коэффициента усиления) сил сопротивления воздуха в руки летчика.
в системе «костюм телеприсутствия – аватар-андроид».
в системе «костюм виртуальной реальности – аватар виртуальной реальности».
в электродистанционном экзоскелете для связи по проводам между руками, ногами экзоскелета и руками, ногами человека в экзоскелете.
в экспериментальных экскаваторах с передачей сил сопротивления ковшу оператору экскаватора.

Сравнение с тактильной обратной связью[править]

Силовую (силомоментную) обратную связь от тактильной обратной связи отличает:

силовая (силомоментная) обратная связь имеет только двухстороннюю обратную связь. Тактильная обратная связь имеет только одностороннюю обратную связь.
силовая (силомоментная) обратная связь приложена к конечности, к суставу человека (к рычажным конструкциям и шарниру аватара или других объектов управления) не только силой, но и моментом. Силовая (силомоментная) обратная связь имеет моментную составляющую, нет деления на пиксели. Тактильная обратная связь не имеет моментную составляющую (пиксели передают вектор силы, не момент), есть деление на пиксели.
битность сигнала силовой (силомоментной) обратной связи в разы больше, чем в тактильной обратной связи.
полный трафик всех каналов (силы, углы) силовой (силомоментной) обратной связи не больше 10Кб/сек. Полный трафик всех каналов полнофункциональной тактильной обратной связи аватара с человеком – мегабайты в секунду.
в силовой (силомоментной) обратной связи сумма сил в датчиках конечностей аватара равна сумме сил действующих на шарниры аватара. В тактильной обратной связи сумма сил в датчиках может многократно (гидростатическое давление на аватара под водой) превышать сумму сил действующих на шарниры аватара.
силовая (силомоментная) обратная связь передает точную цифру силы с учетом коэффициента усиления. Тактильная обратная связь иногда передает цифру силы без изменения (вибрационные технологии).