开发一个自由度双离合器触觉致动器

辛格Satwinder法官^{* 1}辛格,兹亚²
大学工程学院,旁遮普大学,邦,印度旁遮普

通讯作者:辛格Satwinder法官,电子邮件:(电子邮件保护)

文摘

触觉是使用的科学意义上的感觉来帮助控制和校准机器人控制和反馈。触觉技术的主要应用之一是在复杂过程的模拟和训练。本论文是建设一个模块的描述能够提供触觉反馈用于外科手术模拟。目前设备可以帮助解决与高力直流电机耦合相关的问题和接头的影响等提供非常好的运动模拟。开发的设备是一个整体系统的一部分被开发集成仿真机制的不同方面包括手术设置、控制软件、视觉模拟软件等。目前设备使用一个独特的双电磁离合器分离机制,以抵消与正常系统相关的问题。所开发的系统可以作为线性致动器或扶轮致动器。该设备可以连接到的类似的单位以模块化的方式促使多个自由度。需要更多的优化设计,可用于不同的程序。

介绍

触觉设备(或触觉接口)是机械设备,协调用户与计算机之间的通信。触觉设备允许用户触摸、感觉和操作虚拟环境中的三维物体和遥控系统。最常见的计算机接口设备,例如基本的鼠标和操纵杆,是只输入设备,这意味着他们追踪用户的物理操作但没有提供手动反馈。因此,信息流动只有一个方向,从外围到电脑。触觉设备输入输出设备,这意味着他们追踪用户的物理操作(输入)和提供真实的触摸感觉协调与屏幕上的事件(输出)。

骑自行车的简单示例。我们感觉到很多因素,包括我们的身体的位置,速度,道路的隆隆声,风在我们的脸上,滑翔的喜悦,我们运用踏板和它对加速度的影响。试着这样做对你的电脑游戏机。你现在知道你失踪。

根据医学有超过28个不同类型的传感器在我们的人体。这些感觉可以作为一个反馈机制来增加我们感觉我们的行动,其实现的机器被美国控制。

触觉是感觉我们的感官知觉的科学,这样我们的身体可以体验我们的行动的结果来控制机器人系统。在触觉系统末端执行器与传感器来检测流程进行。力和定位数据是美联储控制装置和行动是模仿,使运营商可以感受到行动的效果是通过控制设备。

反馈仅限于传统的力由终端执行器被应用在我们的机器人系统。

所以的力量是应用反馈给另一个机器人执行机构系统集成到我们的像一个操纵杆控制装置。反馈的比率决定。它可以被放大,如果施加的力很低,应用力感知探测。它可以作为一个比率越低,如果部队应用的机器人是很高的。

上述定义的触觉也允许一个摄像头和显示系统连接到一个机器人被称为触觉设备操作员指导机器人而观察他的行为。这种形式的触觉会被称为视觉触觉系统的视觉感知是用来控制机器人系统。

随着科技的发展更多类型的人类感知被用来作为控制反馈方法,积极引导机器人系统。有时他们也被用作组合来实现更完整的参与。

下面的图1是一个视图的触觉装置可以实现不同方式。本地化的触觉装置可以反馈作为手机的振动。它只是密友,需要你的注意,你必须寻找它。它没有任何方向指向你为你的注意力在任何特定的方向。有些设备可以应用在一个特定的方向向量。这是他们可以应用在三维空间的一个特定的大小。这些可以用来指导机械手臂在3 d空间知道的力量被终端执行器的应用。有时超过一种类型的感官输入可用于增加感觉的因素我们称之为多通道交互的方法。触觉信息可以作为主要的信息来源来控制你的系统或可以作为次要的信息通道。二次信号警告信号可能是一个潜在的危险正在靠近。 The warning tone on your PC when you do some wrong command with your mouse is a prime example of secondary haptic audio information being provided by your ears

执行器的主要类型可分为两种主要类型:

活跃的设备

1。电动Motors-Rotary和线性

2。偏心旋转质量(ERM)致动器

3所示。线性谐振致动器(lra)

4所示。压电模块

5。Electro-Active聚合物驱动器(eap)

6。双金属热膨胀致动器

7所示。孔液压和气动控制

和无源设备

1。机械重量换档器

2。弹簧

3所示。机电刹车

4所示。电磁粒子的设备

5。涡流设备

6。电磁流体设备

7所示。电化工设备

不同类型的驱动机制可以用来刺激人体感官输入的不同类型。例如静电技术可以用来刺激摩擦和正常的缩进。压电技术可以用来刺激正常的缩进,外侧皮肤伸展和振动。同样的一个特定的感觉可以刺激不同的技术。例如正常的压痕可以通过静电刺激,压电、电机、形状记忆合金、电磁微线圈,空气喷气机,气动阀门和酒窝,声辐射压力和电刺激。

这项工作已经完成在M / s设计和项目开发,[5]。这是一个产品开发为基础的专业研究。在密切配合客户发展创新主要在机器人技术和机电一体化设备。

设计和项目开发有自己的机修车间专用精密工具集。它还有一个完全装备设计部门最新的CAD软件和工具。它也有一个完整的电子实验室最新测试和开发设备。它有一个专门的部分软件的开发活动包括嵌入式系统。

M / s设计和项目开发是DSIR科技部门的支持下,印度的政府。也在印度工商联合会的支持下,欧特克公司美国IUSSTF(印度美国科学和技术论坛),IC2研究所,美国德克萨斯大学奥斯汀分校和洛克希德马丁公司。M / s设计和项目发展的成员8国际专利和超过15国际论文发表年代的名字。它与研究机构密切合作像IITDelhi, IIT钦奈和IIT孟买各研究项目。

该方法

早些时候,我们的团队已经开发了一种4自由度触觉装置仿真内窥镜手术

该设备包括以下:

有四个控制运动的装置。

1)X轴旋转360度。

2)Y轴旋转接头90度。

3)Z轴的线性10英寸旅行。

4)360度的末端效应器。

5)X, Y和Z轴由两个离合器和一个电机控制。离合器是安装在逻辑上对身体或连接到发动机。这种安排使得电动机将不断没有停滞。我们得到更多的被应用到不同的轴控制力量。

6)最后效应器在Z轴的顶端有一个力影响电动机使另一个旋转关节的旋转传感器。

设备的主要特点包括以下:

1)四个动作给几乎所有的运动需要一个内窥镜手术。

2)X, Z和末端效应器旋转传感器以使数字输出和Y轴muli-turn锅给模拟位置。

3)不同的关节不直接连接到汽车没有力在正常位置。只在有电压时施加的力量应用于离合器或汽车。

4)汽车可以脱离几乎瞬间和电机惯性或接头不影响触觉的工作设备。

5)设备是完全平衡的重量分布的设计。有一个轻微的重量的变化只在Z轴位置的变化。

本研究的主要目的是试图让一个新的一个自由度触觉和双离合器执行机构机制,改善了功能和可以作为一个模块,具有以下功能:

1)自由度(自由度):1。

2)扩张的可能性:功能连接到其他驱动器增加景深。

3)主要活性驱动设备:高扭矩直流电机。

4)二次被动:驱动装置电磁摩擦离合器。

5)三级被动:驱动装置电磁摩擦离合器。

6)传感器:旋转位置传感器和电流传感器。

7)驱动机制:线性皮带传动和扶轮直接驱动。

8)驱动电路:线性驱动电动机控制。

9)微处理器控制:ARDUINO兆理应基于USB控制器接口。

10)软件:专有IDE接口和UI。

触觉技术在该行业中有许多用途,在我们的日常生活。触觉技术的主要好处是感觉的输出我们的行动,所以我们可以控制系统有更好的精度。目前的工作将完成在M / s设计正在进行的工作和项目开发。我将工作作为团队的一部分开发设备。

如果这个设备是由我们将有一个新的方法来创造更好的触觉控制器,可以用在任何触觉装置。

目前的设备将能够以下主要优点:

1)目前的设备将模块化,可以按照用户使用的设计。多个单位可以执行更大的应用程序连接在一起。

2)设备将更加精确。可以轻松创建轻微运动的影响。

3)强大的设备将建设。

4)可以生成高转矩和力比类似的设备。

5)更好的软件控制将被纳入设计。用户可配置性将是一个主要考虑因素。

方法

的主要因素

1)的触觉设备应该没有或者至少影响设备的重量的轴。整个轴应该是平衡的,这样最少的重量补偿应用于设备。这将减少所需的控制处理设备。

2)使用的马达驱动的触觉装置12 v直流电机。这些汽车齿轮效应。如果他们直接连接到轴驱动将在零状态条件施加一个力。换句话说,汽车将会阻碍自由轴的运动,即使他们并不积极。这种影响是加剧时,电机输出附加转矩增强剂。齿槽转矩增强剂效果会放大。

3)所以当务之急是电机断开时的转矩增强剂是不活跃。断开电机我们使用离合器系统,断开电动机时不激活。给离合器电机的输出输入和最终的输出来自离合器的输出。

4)位置传感器必须直接连接到输出轴。这减少了错误由于反弹等。请注意,如果旋转传感器连接到电动机输出然后反弹错误乘以转矩增强剂和其他连接机制。可以有下滑等引入的错误当我们把传感器直接输出轴上我们不担心反弹或滑错误引入。

5)设备应该是复制的自然运动的外科医生在内窥镜手术。

6)通常外科医生用他的手控制两种不同内镜工具插入到两个不同的点在病人的身体。还有第三个内窥镜在实际手术介绍摄像机进入身体。但这里我们只使用两个。控制第三将第二乐器一样,可以很容易地介绍。

7)触觉设备必须设计成两个或两个以上的可以放在对方来模拟一个真正的内窥镜手术。主要问题是原产地的位置点的两个设备尽可能接近。

施工设备的细节

第二离合器的输出接地装置的主体。因此,当离合器不是精力充沛电机的输出传送到扶轮或线性输出。但是如果第二离合器是精力充沛的旋转或线性输出系统接地,它不能移动。这提供了一个大型停止力马达的输出无法给予。

所需的主要设备如下:

1)机械工具空间创建各种机械部件。M / s设计和项目开发的内部设施。我将使用他们的设备来做这个项目。

2)电子实验室创建电子电路板和其他电子设备。M / s设计和项目开发的内部设施。我将使用他们的设备来做这个项目。

3)软件开发实验室创建UI和软件接口。M / s设计和项目开发的内部设施。我将使用他们的设备来做这个项目。

提出了工作的意义

如果这个设备是由我们将有一个新的方法来创造更好的触觉控制器,可以用在任何触觉装置。

目前的设备将能够以下主要优点:

1)目前的设备将模块化,可以按照用户使用的设计。多个单位可以执行更大的应用程序连接在一起。

2)设备将更加精确。可以轻松创建轻微运动的影响。

3)强大的设备将建设。

4)可以生成高转矩和力比类似的设备。

5)更好的软件控制将被纳入设计。用户可配置性将是一个主要考虑因素。

使用性能指标

触觉装置是模拟模拟卷时施力接近零的运动是自由的空间,高力模拟运动的模拟卷是在空间非常密集的材料组成的空间。设备的建设必须非常精确,使用的材料非常轻和强大。位置传感器是集成到机制来提供一个非常精确的反馈机制。

主要传感器用来测量力应用的设备是由筒型力传感器从Honewell美国工厂校准提供精确的结果。力传感器测量的能力。

1)拉力(负推力)

2)推动部队(推力)

3)转矩(横向)X, Y和Z轴

4)旋转力(时钟明智和anti-clock明智)

5)速度

6)延迟驱动

马达的控制电子产品提供了驱动控制根据设备上的旋转位置反馈传感器在每个轴。旋转传感器能够提供伺服电机每革命512计数。这就意味着0.1毫米线性转换解决方案。发动机由单片机产生的PWM信号驱动板aArduino大型2560理应。

Arduino ATmega2560理应是一个基于单片机的董事会。

它有一个USB主机接口与基于安卓系统的手机,基于MAX3421e IC。它拥有54座数字输入/输出插脚(15可以作为PWM输出),16个模拟输入,4 uart(硬件串口),16兆赫晶体振荡器,USB连接,电源杰克,ICSP头和重置按钮。

结论

设备开发有许多潜在的用途主要是在模拟和机器人机械手的控制。的确切感觉机器人机械手的行动将有助于在使用我们的触觉和力感觉控制设备和工作效率。触觉给操作员更多的选择

设备有一个巨大的潜在的仿真操作实际上不存在。操作员的培训等任务教学这个设备的装配过程是可能的。这个设备还可以用于模拟危险和有害程序和训练最坏情况的条件。触觉增加了运营商的现实过程,因此操作员能够更好地利用他的能力来精确控制机器。

目前设备的主应用程序是作为一个内窥镜模拟器。医生可以练习多少次,他高兴,精通的任务。医生不会把任何病人的风险。

未来的范围

设备是第一步的方向创建一个系统,可以在实验室中模拟实际的内窥镜手术病人不处于危险之中。更精确的和更好的设备可以进一步细化过程开发和创造更好的设备。

更好的控制机制和软件驱动机制。力和位置传感器可以提高和集成到一个系统,可以模拟更准确的信息反馈给操作员。

使用设备可以找到更多的方法在其他领域来模拟和操作。危险的操作,比如炸弹处理可以受益于这个设备的使用。

引用

j . Hollerbach。“一些当前问题在触觉技术研究”。学报2000年IEEE机器人与自动化国际会议上。旧金山,2000年。
o .哈提卜\机械手和移动机器人实时避障,”机器人Rearchvol.5国际杂志》(1)页。90 {98、1986。
r . Volpe和p·斯拉\机械手控制superquadricarti¯脸部用的潜在功能:理论和实验,“IEEE系统,人与控制论,1990。
美国Kuhnapfel et al .,”教练卡尔斯鲁厄的内窥镜手术为例对虚拟现实技术在医学教育、“微创治疗和联合技术(MITAT)。牛津大学,英国:布莱克威尔,1997年,页122 - 125。
首席执行官Biju R Varkey、设计和项目开发。

全球研究计算机科学杂志》上