RU160034U1 - Устройство ввода с тактильной обратной связью с дополнительными степенями свободы - Google Patents
Устройство ввода с тактильной обратной связью с дополнительными степенями свободы Download PDFInfo
- Publication number
- RU160034U1 RU160034U1 RU2015145387/08U RU2015145387U RU160034U1 RU 160034 U1 RU160034 U1 RU 160034U1 RU 2015145387/08 U RU2015145387/08 U RU 2015145387/08U RU 2015145387 U RU2015145387 U RU 2015145387U RU 160034 U1 RU160034 U1 RU 160034U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- freedom
- degrees
- cardan
- rotation
- input device
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
Abstract
Устройство ввода с тактильной обратной связью с дополнительными степенями свободы, состоящее из оригинального дельта-механизма, реализующего трехкоординатный пространственный ввод с возможностями тактильной обратной связи, отличающееся тем, что на его площадке жестко закреплен карданный механизм, имеющий от одной до трех степеней свободы, внутри которого в центре вращения размещен микроэлектромеханический гироскоп-акселерометр, а рукоятка управления жестко закреплена в центре вращения карданного механизма.
Description
Полезная модель относится к устройствам программного управления и может быть использовано в качестве управляющего элемента (графического манипулятора) в современных компьютерных системах, когда координатный ввод информации в ЭВМ сопровождается одновременным выводом на устройство ввода данных силы, имитирующей тактильную обратную связь и применяется для расширения возможностей подобных систем путем добавления дополнительных степеней свободы.
Известны системы управления с тактильной обратной связью, так называемые гаптик-устройства, которые в последнее время все шире используются в различных областях современной науки и техники. Эти устройства позволяют вводить координатную информацию в компьютер, и, таким образом, являются координатными манипуляторами, однако при этом могут являться и устройствами вывода, прилагая к руке оператора усилие, направленное в ту или иную сторону. Подобные устройства используются для создания тактильного образа какого-либо виртуального предмета и встречаются в компьютерных играх, различных системах виртуальной реальности, трехмерной компьютерной графики (лепки и моделирования), медицинских системах, а также для управления различными робототехническими устройствами [T.R. Coles, D. Meglan, N.W. John. The role of haptics in medical training simulators: a survey of the state of the art. // Haptics, IEEE Transactions, 4(1): 51-66, 2011]. Для создания таких устройств используются обычно схемы простых последовательных многорычажных механизмов [Т.Н. Massie, J.K. Salisbury The phantom haptic interface: a device for probing virtual objects // DSC, 1994, Vol. 55-1, ASME], либо параллельные механизмы, в частности дельта-механизмы [S. Martin, N. Hillier Characterisation of the novint falcon haptic device for application as a robot manipulator // In Australasian Conference on Robotics and Automation (ACRA), 2009, pp 291-292]. Последние имеют значительное превосходство над последовательными многорычажными механизмами, так как значительно более устойчивы и стабильны в пространстве, а также позволяют прилагать большую силу и создавать более реалистичные тактильные ощущения. Типичным представителем такого гаптик-устройства является Novint Falcon.
Однако рассматривая подобный дельта-механизм можно отметить, что наряду с отмеченными положительными его свойствами существует и ряд недостатков, основной из которых - небольшое число степеней свободы (три степени свободы, 3 DOF - degrees of freedom) в классическом дельта-механизме. Для ряда приложений необходимо большее число степеней свободы - например управление роботизированным инструментом с большим числом степеней свободы или использование для ввода в медицинских симуляторах (например, симуляция работы с бормашиной или другими хирургическими инструментами - требуется знание об ориентации и наклоне инструмента в пространстве, кроме данных о положении его рабочего конца, предоставляемых оригинальным дельта-механизмом). При этом различные устройства [J.N. Howell, R.R. Conatser, R.L. Williams, J.M. Burns, D.C. Eland The virtual haptic back: A simulation for training in palpatory diagnosis // BMC Medical Education. - 2008 - Vol. 8(14)], совмещающиеся с оригинальным, обычно имеют ряд шарнирных связей, с установленными в них датчиками угла поворота, что требует протягивания дополнительных проводов, уменьшает жесткость системы и обычно требует внесения изменений в оригинальный механизм.
Нами впервые предлагается устройство ввода с тактильной обратной связью, снабженное дополнительными степенями свободы, которое состоит из оригинального дельта-механизма, к подвижной площадке которого через рычаг жестко закреплен карданный механизм, при этом считывание положения этого механизма производится при помощи помещенного в его центр вращения микроэлектромеханического (МЭМС) гироскопа-акселерометра.
Общий вид полезной модели вместе с дельта-механизмом изображен на Фиг. 1; на Фиг. 2 показан увеличенный вид полезной модели и ее развернутое положение на Фиг. 3;, на Фиг. 4 представлена кинематическая схема полезной модели, где
1 - дельта механизм
2 - подвижная площадка дельта-механизма
3 - рычаг крепления к площадке дельта механизма
4 - карданный механизм
5 - микроэлектромеханический гироскоп-акселерометр
6 - центр вращения карданного механизма
7 - рукоятка управления
8 - провод
9 - шарнирное соединение карданного механизма
10 - ось вращения карданного механизма
Устройство жестко закрепляется на подвижной площадке 2 дельта механизма оригинального манипулятора 1 (например, Novint Falcon) через рычаг крепления 3. Длина данного рычага выбирается исходя из практических требований, предъявляемых к системе и может варьировать. Чем длиннее рычаг крепления 3, тем большая амплитуда движений рукоятки 7 с наклоном в сторону подвижной площадки 2 возможна. На рычаг крепления 3 закрепляется карданный механизм 4, имеющий шарнирные соединения 9. В зависимости от числа шарнирных соединений 9 карданный механизм 4 может быть различного устройства и иметь различное число осей вращения 10 и допускать до 3 степеней свободы (варианты с 1 и 2 степенями свободы показаны на Фиг. 5 и Фиг. 6). В центр вращения карданного механизма 6 установлен микроэлектромеханический гироскоп-акселерометр 5 (например, микросхема MPU6050, ADXL345 и др.), жестко связанный с рукояткой 7 для управления оператором. Рукоятка 7 может быть различной формы - имитирующая, например, перо, рукоять хирургического инструмента или бормашину. Провод 8 для получения данных с микроэлектромеханического гироскопа-акселерометра выходит из рукоятки 7 в наиболее удаленной от карданного механизма 4 точке.
При использовании предлагаемого устройство оператор держит в руке рукоятку 7, производя ей движения, необходимые для позиционирования управляемого объекта (виртуального инструмента) в виртуальной реальности. Предлагаемое устройство при движениях, осуществляемых оператором за рукоятку 7, не стесняет движений оператора в пределах заданного числа степеней свободы карданного механизма 6, при этом данные о положении в пространстве рукоятки 7 будут сниматься с микроэлектромеханического гироскопа-акселерометра 5. Это обеспечивает высокую точность получаемых данных о положении рукоятки 7 в пространстве, включая ее наклоны и повороты вокруг своей оси. Таким образом, основные координаты положения в пространстве будут считаны с оригинального устройства дельта-механизма 1, и дополнены данными о положении рукоятки 7 в пространстве с микроэлектромеханического гироскопа-акселерометра 5. Для обеспечения тактильной обратной связи сила, создаваемая дельта-механизмом 1 будет приложена к подвижной площадке 2, однако учитывая жесткую связь с ней через рычаг крепления 3 карданного механизма и укрепленной в точке вращения 6 карданного механизма 6 рукоятки управления 7 эта сила будет передана на непосредственно на руку оператора. Благодаря жесткой связи карданного механизма 4 с подвижной площадкой 2 точка приложения силы переносится с подвижной площадки 2 на центр вращения карданного механизма 6. Провода от микроэлектромеханического гироскопа-акселерометра 5 выводятся отдельно через наиболее удаленную от точки вращения карданного механизма 6 точку рукоятки 7 и не будут создавать помех движениям руки оператора.
Благодаря применению полезной модели число степеней свободы оригинального дельта-механизма расширяется на число степеней свободы карданного механизма, что значительно увеличивает его возможности, практически не ограничивая движения руки оператора в пространстве (в случае применения карданного механизма с тремя степенями свободы), либо задавая ему необходимый объем движений (в случае применения карданных механизмов с меньшим числом степеней свободы). Данное устройство отличается большим удобством в работе, так как его применение не требует изменения конструкции оригинального дельта-механизма, внедрения в нее новых датчиков, проводов и других элементов и обладает большой точностью. Применение микроэлектромеханического датчика гироскопа-акселерометра позволяет избавить конструкцию от большого числа датчиков, необходимых при использовании традиционных датчиков угла поворота, размещаемых в каждом из шарниров кардана и необходимости вести к ним сигнальные провода непосредственно через шарниры карданного механизма, либо снаружи, что может стеснять карданный механизм, приводит к снижению надежности его работы, так как при этом провода подвергаются частому изгибу, что может привести к их разрыву. Микроэлектромеханический гироскоп-акселерометр в качестве единственного датчика устройства приводит к упрощению ее конструкции, а также к повышению ее надежности, так как не содержит в себе движущихся деталей.
Claims (1)
- Устройство ввода с тактильной обратной связью с дополнительными степенями свободы, состоящее из оригинального дельта-механизма, реализующего трехкоординатный пространственный ввод с возможностями тактильной обратной связи, отличающееся тем, что на его площадке жестко закреплен карданный механизм, имеющий от одной до трех степеней свободы, внутри которого в центре вращения размещен микроэлектромеханический гироскоп-акселерометр, а рукоятка управления жестко закреплена в центре вращения карданного механизма.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015145387/08U RU160034U1 (ru) | 2015-10-21 | 2015-10-21 | Устройство ввода с тактильной обратной связью с дополнительными степенями свободы |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015145387/08U RU160034U1 (ru) | 2015-10-21 | 2015-10-21 | Устройство ввода с тактильной обратной связью с дополнительными степенями свободы |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU160034U1 true RU160034U1 (ru) | 2016-02-27 |
Family
ID=55435859
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015145387/08U RU160034U1 (ru) | 2015-10-21 | 2015-10-21 | Устройство ввода с тактильной обратной связью с дополнительными степенями свободы |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU160034U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU181001U1 (ru) * | 2017-11-16 | 2018-07-03 | Глеб Олегович Мареев | Устройство для симуляции полостных оперативных вмешательств с тактильной обратной связью |
RU2797635C2 (ru) * | 2021-06-15 | 2023-06-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛАБОРАТОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ" (ООО "ЛВС") | Виртуальный симулятор эпидуральной анестезии и спинномозговой пункции |
-
2015
- 2015-10-21 RU RU2015145387/08U patent/RU160034U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU181001U1 (ru) * | 2017-11-16 | 2018-07-03 | Глеб Олегович Мареев | Устройство для симуляции полостных оперативных вмешательств с тактильной обратной связью |
RU2797635C2 (ru) * | 2021-06-15 | 2023-06-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛАБОРАТОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ" (ООО "ЛВС") | Виртуальный симулятор эпидуральной анестезии и спинномозговой пункции |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9052710B1 (en) | Manipulation control based upon mimic of human gestures | |
US11762369B2 (en) | Robotic control via a virtual world simulation | |
US20140272865A1 (en) | Physics Engine for Virtual Reality Surgical Training Simulator | |
CN108883533A (zh) | 机器人控制 | |
WO2019059364A1 (ja) | 遠隔制御マニピュレータシステムおよび制御装置 | |
WO2009114613A2 (en) | System and method for robotic surgery simulation | |
KR102334764B1 (ko) | 햅틱 장치를 통한 가상 피드백을 위한 시스템 및 방법 | |
JP2016519813A (ja) | 補足的な回転コントローラを有する3d入力装置 | |
US10603788B2 (en) | Robot simulation apparatus | |
JP2022551218A (ja) | 動的計画コントローラ | |
Renon et al. | Haptic interaction between human and virtual icub robot using novint falcon with chai3d and matlab | |
Hoshyarmanesh et al. | Structural design of a microsurgery-specific haptic device: neuroArmPLUSHD prototype | |
Nandikolla et al. | Teleoperation Robot Control of a Hybrid EEG‐Based BCI Arm Manipulator Using ROS | |
RU160034U1 (ru) | Устройство ввода с тактильной обратной связью с дополнительными степенями свободы | |
Marinho et al. | Conceptual design of a versatile robot for minimally invasive transnasal microsurgery | |
Fontanelli et al. | Portable dVRK: An augmented V-REP simulator of the da Vinci research kit | |
JP2020175471A (ja) | 情報処理装置、情報処理方法、プログラム、及び記録媒体 | |
CN104760044A (zh) | 一种无动力关节臂式示教器及其在工业机器人中的应用 | |
CN114999296A (zh) | 力反馈设备、提供反馈力的方法及存储介质 | |
Grajewski et al. | Use of delta robot as an active touch device in immersive case scenarios | |
Yaqoob et al. | Control of robotic arm manipulator with haptic feedback using programmable system on chip | |
Podsędkowski et al. | Telemanipulator control with varying camera position | |
Dede et al. | Design of a haptic device for teleoperation and virtual reality systems | |
RU181001U1 (ru) | Устройство для симуляции полостных оперативных вмешательств с тактильной обратной связью | |
Marchese et al. | Force sensing and haptic feedback for robotic telesurgery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20171022 |