Forskere udvikler en haptisk grænseflade med syv frihedsgrader

Haptiske grænseflader giver mennesker mulighed for at håndtere farlige eller sarte materialer. Fra laparoskopisk kirurgi til fjernelse af radioaktivt affald til den enkle handling at sætte en mobil på vibration, robotik bliver ved med at røre ved.

Nu, forskere fra det kinesiske videnskabsakademi har udviklet en endnu mere ekspansiv haptisk grænseflade, der giver mulighed for syv grader af bevægelse. De mest almindelige haptiske grænseflader har typisk tre bevægelsesgrader. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i 10. udgave af IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica , en fælles toårig udgivelse af IEEE og Chinese Association of Automation.

"Med udviklingen af ​​menneskelige robotinteraktionsteknologier, haptiske grænseflader bruges i vid udstrækning til 3D-applikationer for at give følesansen, "skrev medforfatter Zeng-Guang Hou, en professor ved State Key Laboratory of Management and Control for Complex Systems. "Disse grænseflader er blevet brugt i medicinsk simulering, virtuel samling, og fjernmanipulationsopgaver. Imidlertid, haptisk interface design og kontrol er stadig kritiske problemer for at gengive den meget følsomme berøringsfølelse hos mennesker. "

Hou og hans team designede en haptisk grænseflade baseret på en modificeret deltamekanisme. Denne mekanisme har en statisk basisplatform, hvortil tre identiske kæder er forbundet, og som fører til en platform i bevægelse. Mekanismen kan bruge hver kæde til at bevæge sig i en anden retning.

"Den største fordel ved denne arkitektur er dens lave inerti, det kritiske element i haptisk enhedsdesign, fordi dets aktuatorer kan monteres på den faste platform, "Hou skrev, med henvisning til, hvor lidt indsats det tager at få mekanismen til at bevæge sig. "Ud over, et mekanisk håndled kan tilføjes til den bevægelige platform for at realisere de roterende frihedsgrader. "

Ingeniørerne designede en controller til at registrere bevægelse og vise, hvor meget kraft operatøren skulle udøve. Grænsefladen styres via en algoritme, der hjælper med at opretholde ligevægt.

"Eksperimentelle resultater viser den gode kontrolydelse af denne grænseflade, "Hou skrev om sit teams simuleringer og prototypetest." Den dynamiske model og den haptiske controller kan bruges som referencer til modelbaserede kontrolsystemer for at forbedre ydelsen yderligere. "

Ifølge Hou, den foreslåede haptiske grænseflade er også egnet til ægte haptisk interaktion, såsom berøringsfølelse af en mobiltelefons vibrationsindstilling, og teleoperationsapplikationer, såsom kirurgiske indgreb.