Напредък Приложението на роботи за осигуряване на сензорно-моторна физиотерапия е водещо приложение, уникално за тази нововъзникваща област. Крайната цел е да се насърчи, подобри и ускори след мравка, която засяга двигателното поведение. Общите включват инсулт, мозъчен съдов инцидент) (Volpe et al, 2009) и церебрална парализа (Krebs et al, 2009) Научните и клинични доказателства показват, че движението на засегнатите крайници е ключов процес, компрометирана способност за движение, която незабавно следва сферичната невронна, мускулна и скелетна система, както Taub и Uswatte, 2006: Wolf et al, 2006 ) При церебралната парализа, нерешените двигателни дефицити също пречат на развитието на детето, водят до тежки, трайни двигателни увреждания. За разлика от това, проучванията (Nudo, 2007) зависеща от дейността невронна пластичност могат да компенсират тези дегенеративни тенденции и, в случаите, да ги обърнат Процесът на възстановяване прилича на учене (Hogan et al, 2006) въпреки че има такива като необичаен мускулен тонус, опитът не е достатъчен: доброволната част от конвенционалните физиотерапевтични петиции) е един от начините, по които роботизираните инструменти могат да осигурят доброволно участие, машината трябва да помага само при необходимост. Важно е, че машината не трябва потискайте всякакви продуктивни движения на пациента, като същевременно нежно се съпротивлявате, което е по-важно от помощта (Krebs et al, 2003) „Добрите обезсърчаващи лоши“ движения са може би най-важното разграничение между терапията с ботични касивни технологии като ампутационни протези, ортези с механизъм и др. Последните компенсират двигателния дефицит; предишният опит да се подобри Това може да обясни контрастиращите резултати до момента с горните крайници и нискоботичното лечение на инсулт, свързан с горните крайници motorakkel et al
, 2007; Prange et al, 2006) Той дори се е доказал като ефективен в "хроничната фаза" md очевидно е престанал. За разлика от това, досегашните клинични проучвания показват, че лечението с роботи на двигателни нарушения на долните крайници е около половината по-ефективно от конвенционалните подходи (Hidler et al, 2009: Hornby et al, 2008) Тези роботи са проектирани да използват движение, а не провидение (Neckel et al, 2008; Israel et al, 2006) По-нови проекти за локомоторна терапия започнаха да се справят с огромното предизвикателство за осигуряване на взаимодействие с висока степен на „задвижване отзад“ (ниска скорост) (Roy et al, 2009: Veneman et al, 2007), докато поддържат значителен келет, примерите за високоефективни традиционни аптични приложения включват hal устройства (Guizzo Goldsooni Guo, 1993), физически кооперативни системи човек-машина (Peshkin et al, 2001) и подобни приложения като тези Sentechopen
Нови методи за задействане за хаптично взаимодействие с висока сила32 Стратегии за контрол на взаимодействието, които се различават по значимост или проблеми със сервоуправление на скоростта Поради уникалните характеристики, действие, описано по-горе, подхода Най-простото взаимодействие, напр. чрез използване на контрол на импеданса, динамично поведение при въплъщението на тази теория, наречено прост импеданс controlmotoforce-произвеждащи задвижващи механизми за прилагане на обратна връзка за виртуална скорост (или производно повиртуално вискозно затихване, Ако се реализира идеално с положителни и задвижващи механизми, резултатът е пасивен импеданс на порта (Hogan Buerger, 2005) Този подход е мощен, стабилен и лесно приложим и е приложен успешно (Krebs et alntrol не може да направи нищо за корекцията във физическата система
По този начин, докато контролът на импеданса може да ефикасно стабилизира взаимодействието, като гарантира, че се прави малко за справяне с ограниченията на технологията на задвижването, обсъдени в предишния раздел, предоставяйки значителна мотивация за обсъжданите алтернативни техники, разработен е клас методи за управление, който използва6) при посочения този потенциал за маскиране на физически свойства на хардуера, представящи желана динамична реакция в порта на взаимодействие, която проследява отблизо динамиката на целта, получена независимо от физическия заек, например очевидната инерция и триене, задвижващи механизми за задвижване на устройството в посоката на приложената сила. Когато целевият импеданс се нарича контрол на силата, за съжаление това подход сериозно заплашва връзката пасивност се губи всеки път, когато видимата инерция е намалена с повече от два фактора под физическата инерция (Colgate Hogan, 1988, Nomittance control използва факта, че загубата на пасивност от намаляване на видимата теоретично осигуряване на пасивност, докато агресивно намалява видимото триене доста под физическото ниво чрез поддържане на инерцията на ниво, което гарантира пасивност (Newman, 1992) Този подход може драстично да подобри усещането чрез практически елиминиране на статичното триене, но не може да смекчи високата пасивност, въпреки че е достатъчна стабилност, когато е свързана с набор от среди, включително големи инерционни натоварвания, кинематични ограничения , силно нелинеен фрикционен контакт и т.н. От друга страна, динамичните характеристики на човешките крайници са значителни. Ограничената стабилност може да бъде положителна гранична стойност, използвана за динамичните свойства на оператора, и стабилни методи за управление могат да се използват за оформяне на динамиката на контролната верига на обратната сила за максимизиране на производителността ( чрез минимизиране), като същевременно се гарантира свързана стабилност (Buerger Hogan, 200ntechopen
Advances33 Усъвършенствани задвижващи механизми с тактилен ефект с висока сила, предназначени особено за сложни устройства с висока DOF, предлагат обещаващи бъдещи алтернативи за високата, подобрява енергийната плътност и Въпреки това, принуждават и трябва да се използват системи със сгъстен въздух В промените на твърдостта (за да се симулира контактът. Драматичните топлинни промени също биха имали импеданс на крайна точка в Според мнението на авторите този подход изглежда доста обещаващ, въпреки че еластичните задвижващи механизми, които включват съвместими елементи, поставени между задвижващите механизми с висок импеданс и околната среда и използват контрол на обратната връзка по силата, могат да постигнат висок педанс (Прат Уилямсън, 1995 г.) Еластичният елемент има няколко предимства за определени приложения, но не гарантира пасивност и внимателна, като цяло се изисква стабилност. Това е проблематично, когато може да се предвиди. Алтернативен метод, който включва внимателно контролирано физическо затихване в coni с естествено допускане. теоретично гарантирана пасивност (Dohring ne2002) Като цяло, след като съвместимият елемент трябва да бъде Това ограничава полезността на този подход чрез ограничаване на постижимата коравина
Все пак, внимателно проектирани серии динамични напрежения. Тези подобни на мускули материали биха могли днес да произведат ефективни хаптични задействащи механизми с висока сила, но все още не е доказано, че достигат необходимите сили (Bar-Cohen, 2004). Доколкото ни е известно, няма съществуваща технология за задвижване или стратегията за управление осигурява нестабилност. Алтернатива за оценка на потенциала на основните технологии за задвижване в човешки мащаб е чрез наличния стрес, който е тясно свързан с плътността на силата. Fetput на електромагнитните задвижващи механизми е ограничен от напрежението на срязване във въздушната междина между тях обикновено е десетки паунда на квадратни инчове (psi)червени повдигнати, поради високи нива на съхранена енергия. За разлика от това, хидравличните задвижващи механизми рутинно и psi (McBean Breazeal, 2004) Този основен поглед към хидравликата, за да се види дали основният висок импеданс на сервокланите е нарушен и дали компромисите между шестте критерия, изброени в раздел I, могат да бъдат подобрениntechopen
Нови методи за задействане за хаптика с висока сила4 Хибридни хидравлични задвижващи механизми за хаптика с висока сила, предоставящи висока плътност на силата, висока твърдост и гъвкава свързаност в леглото на порта за взаимодействие Техният основен недостатък е високият импеданс, основно и поради това те са били малко използвани за интерфейси Bntrast , електромагнитноизползвани за хаптика поради тяхното благоприятно и импедансно поведение, страдат от драматично по-ниска плътност на силата. Хидравличният клапан би допринесъл за разработването. Ние изследвахме хибридна архитектура за задвижващи механизми, която използва предимствата както на хидравличното, така и на електромагнитното задвижване, като същевременно заобикаля слабостите на всяко от тях. В този дизайн, скициран на Фигура 4 , хидравличен елемент, използван само като трансмисия, докато отдалечено разположен източник на задвижващ механизъм, и диктува представянето на виртуалната среда.
Критично, тази архитектура премахва нуждата от aalve, елиминирайки високия импеданс. Хидравличната трансмисия е аналогична на механичната трансмисия, но за разлика от кабелите, лентите или прътите, тази архитектура също така позволява използването на ефективни изпълнителни механизми, особено електромагнитни с директно задвижване, което е благоприятно свойства на сила, движение и импеданс Задвижващият механизъм на източника може да има голяма маса, тъй като не е необходимо да се движи. Двигател. Гъвкав флуиден тръбопровод. Бутало. Фигура 4. Схема на линейна схема на задействане с флуиден трар. Докато тази предложена архитектура може драматично да намали крайната точка до използване само на директно задвижване, свързано директно към крайната точка) Общата маса е критична важен за някои приложения (напр. напълно мобилни екзоскелети) и този подход може да не е по-важен от общата маса. Терапевтичните роботи, ce, могат да толерират да бъдат привързани към стационарна организация за захранване (Roberts, 2004) От друга страна, липсата на ama може да доведе до по-ниска маса на системата от purentechopen
Усъвършенствана хидравлична система. Тази пасивна хидравлична архитектура на задвижването от порта за мобилно взаимодействие и провежда енергия към хидравлика, а не към електричество, за41 модел на дизайна и компромис за едно изпълнение на тази архитектура, което използва линеен и ретромагнитен мотор като задвижващ механизъм и пасивна хидравлична система като задвижване Хидравличната система се състои от бутало/цилиндър от всеки край за двигател за преобразуване, а другият действа като задвижващ механизъм. За разлика от сехидравликата, механичните бутални цилиндри, всеки от които действа като и двете за хидравликата, и тръбите, които ги свързват, не е необходимо да включват малък отвор, за да имат сравнително нисък вътрешен импеданс Ако е в състояние да осигури желаната сила и импеданс, тогава идеаленf В този контекст, прозрачност (използвана по-рано за описание на цел за двустранни телеоперативни системи, при която силата, движението и енергията, обменяни между товар и трансмисията, са равни на поведението на изпълнителния механизъм на пакет от отдалечена крайна точка, който тежи по-малко от gured, изобразява обща архитектура на предаване. Ако предаването е напълно прозрачно, силата, обменена в порт 2, която се обменя в порт 1, и импедансът, изправен пред околната среда, е равен на импеданса на задвижващия механизъм
Това е без загуба и има следните свойства x2(D)=x()F2(n)=F(t)(10)XФигура 5 Схематично изображение на предаване между източник на задвижващ механизъм и околната среда и ще бъде родител Допълнителна динамика За подход идеално поведение, трансмисията трябва да бъде проектирана така, че да минимизира инерцията, съответствието и триенето (въпреки че динамиката на трансмисията е импедансът на порта; вижте 43) Въпреки че прозрачността е важна цел, ефективната трансмисия трябва да бъде и гъвкава Перфектно гъвкава позволява безкрайно разделяне (при всяка свобода на пространствена дефиниция ) на пакета на крайната точка от задвижващия механизъм източник с (въртящи моменти) Пратрансмисията трябва да осигурява достатъчна свобода на движение от thentechopen
Нови методи за задействане за висока сила на хаптичното работно пространство. Силите и въртящите моменти, необходими за огъване и усукване на флуидната линия, трябва да бъдат. Независимо дали трансмиссията е прозрачна или оформя импеданс, спецификациите на дизайна й се фокусират върху това как въздейства на импеданса на крайната точка. Това отличава високите проблеми. прогнозиране на прозрачността на трансмисиите и импеданса Първо трябва да се разгледат няколко въпроса, за да се гарантира, че полезните задвижващи механизми са двустранни. От Фигура 4 е лесно да си представим хидравличните компоненти, предаващи сила и порпресия Въпреки това повечето високи понякога се задействат двустранно (дърпане, както и натискане) Ако силите на опън са приложено към налягането пада под околната среда и (кавитира)
Ако уплътненията са несъвършени, има изтичане на въздух, Две прости опции позволяват двустранно задействане: въведено напречно налягане, което надвишава налягането, необходимо за предаване на опън, или двойки задвижващи механизми могат да се използват заедно. Последното е doaperedas oM Aq paulo! A oM aues au I ur!M is!Xe sypned sua, 10y auo'saum pinythe other for"compression Тази конфигурацияУплътненията, където буталата излизат от цилиндрите, са особено проблематични, тъй като всяка течност, която изтече там, напуска системата с постоянен обем и трябва да бъде смененаT6 Двустранно задействан трансмисионен метод с два флуидни пътя за предаване на силата на опън, който използва единичен флуиден път, изисква без сила, приложена от тор или среда Това прилагане на постоянна сила към всяко бутало Когато системата от всяка страна се отмени, но течността в камерата е с повишено налягане Сила на опън , но ако силата не надвишава нивото на силата на отклонение, налягането на флуида над околната среда и кавитацията и изтичането на газ в системата се избягват. Това е приложеното натоварване и се увеличава налягането на изходния флуид, но се изискват само две движещи се уплътнения, а не четириUanical подход, целите на уловката са прости система с права тръба, показана на Фигура 7. Този модел, използван като импеданс, включва всеки бутален цилиндричен диаметър DI и D2 и дължина Li) и приближава гъвкавата линия, която свързва tntechopen
Напред права, гладка и твърда цилиндрична тръба (с диаметър D и дължина L) Силите и F2 и скоростите на буталото са D и v2 Обемната скорост на флуида в тръбопровода е v, Преходът от диаметър на буталото към диаметър на маркуча също трябва да бъде от течност в системата и инерцията, дължаща се на ускорението на течността. Изчисленията, базирани или обобщени по-долу, за да илюстрират това хидравлично) намаляване на усилването, без добавяне на механични части, които биха могли да допринесат за хлабина в случай на хлабина, предавателното отношение е равно на отношението на буталото D2 Azg 7
Моделът с права тръба и двойно бутало за линейна пасивна хидравлична трансмисия трябва да въведе значително разделение между теорията и крайната точка, където се контролира поведението, със съпътстваща динамика на трансмисията, структурата на стеблото представлява потенциално предизвикателство за ефективен и много стабилен контрол, тъй като стабилността са от първостепенно значение, един от начините за представяне на целевия импеданс е да се върне обратно движение само към задвижващия механизъм на източника, затваряйки прост цикъл за управление на импеданса около само добре охарактеризирания задвижващ механизъм на електромагнитен източник, което води до стабилно изпълнение. Това разположение зависи от предаването към надеждно (и почти прозрачно) предава импеданс между задвижващия механизъм източник и оператора, но без да използва порта за взаимодействие, може да е уязвим към малки и натрупващи се грешки в позицията. За щастие, въпреки че хората превъзхождат в събирането на информация от физически контакт, те обикновено са чувствителни към малки промени в позицията. При условие, че физическият контакт се толерира с устройството се използва поведението на работния флуид и всъщност динамиката на трансмисията може преднамерено да бъде изваяна както на стабилността на взаимодействие, така и на перфоманса, както беше обсъдено накратко belontechopen
Нови методи за задействане за Haptics с висока сила F, за да илюстрирате ключовите проблеми при дизайна на този архитектурен дизайн, представен чрез прилагане на модела на Фигура 7 към спецификациите за задвижващ механизъм за uppelimb physicaot deThistendeaddition към планарния робот MIT-MANUS и вече е бил разгледан с два дизайна, единият използва въртящ се електродвигател и ролка с ниско триене, а другият линеен електромагнитен двигател с директно задвижване (Buerger et al, 2001, Kreld предизвикателството, че целевите спецификации за това приложение включват най-малко 65 nf по-малко от 2 kf най-малко 3 m между задвижващия механизъм и мобилната крайна точка от 2 ke Кулоново триене по-малко от 2N и линеен дамиоефективен от четири В този раздел се обсъжда моделът на дизайна, за да се предскаже фрикционната и инерционната динамика на предавателното устройство
беше произведен прототип на задвижващ механизъм (Фигура 8) и неговите измерени свойства mping: Основно предимство на този конфигурационен инструмент или минимизиране на тези, които възникват в конвенционалната хидравлика frпреносната линия допринася за mping поради вискозно съпротивление, Ако приемем, че течността на Фигура 7 е несвиваема, постоянен поток между всички две точки в тръбата се управлява от следния израз, deriveheP(11)ntechopen
Нови методи за задействане за хаптици с висока сила или други хаптични устройства с висока сила, успешните терапевтични роботи трябва едновременно да въплъщават1) Капацитета за доставяне на сили, достатъчно активни крайници на субекта (напр. поради необичаен тонус) и в някакъв баланс и придвижване) за поддържане на значителни фракции на тялото wei2) Способността да се представят контролирани виртуални среди (напр. виртуални стени или извори, за да се осигури физическо напътствие, помощ (но само при нужда)
г), защита от за силови тренировки) и3) Способността да бъдете задвижвани назад, за да избегнете възпрепятстването на пациента или операторите в опитите за тези усилия4) Големи работни пространства, до кубичен човек6) Gd стабилност и безопасност при обмен на значителна сила и мощност с експерт, увредени и непредсказуеми човешки субекти, повечето съществуващи хаптични и роботизирани системи въплъщават някои подмножества от този списък, често не всички По-конкретно, повечето съществуващи роботизирани устройства имат Постигането на този пълен набор от функции е страхотен инженеринг, който е съществуващ задвижващ механизъм и технологии за управлениеpter ние доказваме наличните инструменти за предизвикателство от обобщаване и критика на наличните техники, обсъждане на няколко усъвършенствани подхода, които показват обещание, и представяне на нова архитектура на задвижващия механизъм, която предоставя превъзходно решение за някои хаптични приложения с висока сила. В следващия раздел и съображения за стабилност за тактилни действия с висока силаРаздел 4 представя нов хибриден задвижващ механизъм архитектура, която измъчва задвижващите механизми за хаптична сила с висока сила Анализ и експериментално валидиране на прост пример са включени съвместно предоставени в раздел 5 Предишната и нова работа, представена тук, осигурява основата на зараждащ се набор от методи за проектиране и изграждане на ефективни хаптични машини с висока сила2 Ефективност и стабилност на High Принудителни Haptic Systemsn между инженерна механика) и оператор Докато хаптичните устройства и роботи и двете, сензори, контролен софтуер и механизми, проектирани да се различават от повечето обикновени роботи, тъй като физическият субект има силно влияние, по дизайн, върху разбираемия За традиционен контролиран робот , осигурена от способността на системите да проследяват траектории или да се придвижват до местоположения в пространството Стабилност, определена от робота и неговия контролер, възможно съотношение на статичен полезен товар ntechopen
Advances()81 Phyeraction betwend humanport funtion B) Отклоненията за представяне на блокова диаграма са доста различни Вместо да контролират движението, хаптичният преход между привидно свободно движение и привиден конта, че те трябва убедително устройствата са предназначени за префизическо правилно изпълнение се разбира най-добре като качеството на виртуалния "усещане", представено на оператора от Освен това тенамична система, която е физически свързана с хаптичното устройство, Критично разграничение между типичните роботи и хаптичните устройства В роботизираната система стабилността е силовата производителност е единствено свойство на хаптичното устройство, докато стабилизаторът и хаптичните методи за анализ на Perfo и стабилността на роботизираните системи не са идеално подходящиBue8y поток между физически портове (Hogan2005 дефинира поведението на всяка система от гледна точка на съотношението между спрегнати променливи на „усилие“ и „мощност на потока, в зависимост от причинно-следствената връзка ImpedanZ) осигурява изходното усилие в отговор на входен поток, докато пропускливостта (Y) е В механичната област силата (или въртящият момент) е променливата на усилието, докато скоростта (стволът е представен a(Ye) В това2:二 величината на импеданса или входните функции на порта, смятани свободно за динамични твърдонелинейни, и включват твърдост, инерция, триене и други динамични поведения, напр
облагодетелстваното усещане в интерфейса може да бъде представено от някаква функция за поддържане на виртуална среда, която може да бъде линейна или нелинейна и след това да се изпълнява по време на целевия импеданс (или целевата виртуална среда) и това, което се постига при трудно намаляване на това изпълнение, включва нежелана инерция като безполезна или разсейващи вибрации Това е в съответствие с дефинициите за "вярност", открити в тактичната литература Свързан показател за ефективност, прозрачност минимизират или маскират паразитни динамики, които не са част от софтуерно генерираното виртуално пространство (Carignan &x Cleary, 2000) Специфична висока сила на хаптика приложение може да е от ползаntechopen
Нови методи за задействане за хаптична точка C с висока сила, която се състои от честотно претеглена величина между величините на действителната (Z) и целевата (Ztarg) mped правят аргумента на дневника безразмерен), което дава единични минимални функции като прецизни резонанси и може бъдат заменени с честотно претегляне. В други зрението може да се придобие чрез количествено определяне от гледна точка на интуитивно познати физични величини, като видимото триене по инерция и т.н., комплекс от показатели, когато целта е, че работата на хаптична система с висока сила произтича от поведението на порта, предизвикано от механичното възпрепятстване. и двата порта са функционалнолинейни, характеристиката номиална на Фиг. 1B Стабилността на системата, наречена свързана стабилност (Colgate &x Hogan, 1988), определена от реалната част от корените на това количество. Ясно е, че динамиката на човешкия оператор допринася фундаментално за общата стабилност на системата Този факт, взет с предишния абзац, подчертава важно разграничение между физически интерактивни линейно контролирани системи, състоянието определя стабилността на затворен контур и т.н.) В линейното взаимодействие се диктува само от порт функцията на хаптичната система (Zn), докато стабилността се определя от уравнение 2, което включва свойствата на операторът, както и Buerger Hogan, Тъй като динамичните свойства на thetor не могат да бъдат контролирани от thstemdesigner, гарантирането на свързаната стабилност представлява предизвикателство
Една ценна концепция за разбиране на стабилността на свързаната система е пасивността, захранващ порт с пасивна точка не може да освободи повече енергия, отколкото е вложена в него. За линейната времева инвариаза, система, дефинирана от линейната 1-портова импедансна функция Z(s )е пасивен, ако1 Zp(s) няма полюси в дясната половина, равнинните полюси на Zp(s) са прости и имат положителни реални остатъци, че когато две функции на pport са свързани заедно, както е на фигура 1, общата отворена фаза трябва да бъде между -180 и +180 на всички честоти и критерият за стабилност на Найкуист не може да бъде нарушен, така че свързаната двойка е гарантирано стабилна (Colgate Hogan, 1988)ntechopen
Напредъкът в Hapticsenergy поддържа пасивни портове, ако две пасивни pгенерират енергия за неопределено време и следователно стабилността е гарантирана (може би с фина настройка) за всички физически домейни T Wyay sultТъй като е енергийно базиран, този изключително мощен rerks за линейни и системи (за несвързани степента произтича от тяхосигурява мощна метрика за стабилност за хаптика с висока сила Въпреки че това не е емпиричен резултат, теорията силно предполага, че това е 1989 г.) За съжаление, превръщането на хаптичните системи с висока сила в пасивни Някои прости закони за управление могат да запазят пасивността, но като се имат предвид ограниченията на наличния порт на хаптичната система Тези пле контролерите често не могат да постигнат адекватна производителност задействащ хардуер, който е разгледан в следващия раздел3 Технология за задвижване и управление за хаптични системи с висока сила Идеалните хаптични системи с висока сила биха постигнали високи сили, като същевременно представляват портрна стабилност на задействане Задвижващите механизми за тези идеализирани системи биха изисквали подобни свойства, няма допълнителни свойства (напр. ниско maf активиране, ефективно при човешки мащаби (десетки до стотици n, cm до m движения, честота Hz), след това чрез изследване на предимствата на наличния усъвършенстван метод за управление31 Класически задвижващи технологии за висока сила Haptics fidelity, когато се използват в конфигурации с директно задвижване
Триенето може да бъде изключително силно при ниските честоти, типични за взаимодействие с хора (ток или пасивност. Основният недостатък е ограничената сила (Hollerbach et al, 1992), която води до големи, тежки задвижващи механизми. Електромагнитните задвижващи механизми са лесни за използване и в системите могат да бъдат успешно проектирани да отговарят на определени ограничени изисквания въпреки ограниченията на плътността на силата. Пример е роботът MIT-MANUS за свобода на горните крайници) равнинна конфигурация със затворена верига Krebs et2004) Други устройства много малки транслационни работни пространства Berkelman et al, 1996) Ограничението на плътността на силата е много по-трудно за ovfoen-chain серийни системи. Ако задвижващият механизъм за doF #1 се носи от doF #2, серийни роботизирани ръце, тогава масата на задвижващия механизъм не само се увеличава към механизмите за инертно време на крайната точка, и следователно, като fносеща пълната тежест на задвижващите механизми с директно задвижване бързо стават непосилни Когато ротационните двигатели не могат да се използват, големите създават допълнителен проблем, тъй като високата сила нараства почти линейно с обхвата на движениеntechopen
Нови методи за задействане за хаптика с висока сила. Очевиден начин за подобряване на плътността на силата на електромагнитни или други задвижващи механизми е добавянето на задвижващи механизми. Този подход прави задвижващите механизми в сериен механизъм осъществими и се използва широко в роботи. квадратът на предавателното отношение Кулоново триене и сцепление взадействани линейно от предавателното отношение Освен това, зъбното предаване добавя собствено сцепление и луфт в резултат на това, дори по-ниски до скромни предавателни отношения (обикновено по-малко от около 5: 1) по-големите предавателни отношения бързо водят до неприемливи нива на отразена инерция и триене Използването на предавка за решаване на основния проблем с плътността на силата при хаптика с висока сила отличава този проблем от повечето роботи, където предавката обикновено е много успешна. Значителен проблем с използването на електрони с директно задвижване за високо използвани механични трансмисии като кабели, ремъци, ленти и прътите предлагат възможност за поддържане на неподвижни конфигурации на задвижващите механизми, като същевременно предават тяхната сила, движение и импеданс, предназначени за постигнати импедансни способности в серийно с висока DOF в ръката на WAM (Townsend Guertin, 1999) Сложността на механизмите, които WAM подчертава факта, че маршрутизирането на механични трансмисионни елементи може да бъде изключително предизвикателство Когато задвижващите механизми за множество DOF на сериен механизъм са DOF трябва да преминават през други съединения Това представлява изключително предизвикателство при опаковане, тъй като броят на DOF расте, и това предизвикателство се усложнява от факта, че фиксираните отделно се поддържат между предаване между макари в кабелна система)
Изисква се плътно, детерминистично свързване на кабела и междинните и крайни съединения, които те задействат, дори когато независимо задействаните Греди също са склонни към ("ефект на китарни струни") и могат сериозно да ограничат предизвикателството за натрупване, тъй като зъбните колела, които свързват съседните пръти, трябва да бъдат запазени при строго контролирани ограниченията им са непреодолими и други опции трябва да бъдат 3,контактни. В определени конфигурации механичните трансмисии налагат хаптично решение и по този начин представляват важен инструмент Hза други приложения, най-добри от електромагнитни двигатели без задвижване (Hollerbach et al, 1992) Тъй като работният флуидчовек и клапаните могат да бъдат разположени от разстояние, със сила и движение, удвоени към отвора за взаимодействие чрез гъвкава тръба, която може да бъде насочена с по-големи предимства Kazerooni &e Guo, 1993, Lee Ryu, 2008)) Това е така, защото работата на конвенционаторите има висока присъща способност и в fac обикновено не могат да се задвижват назад Хидравличните задвижващи механизми разчитат на ненулев импеданс на клапана tontechopen
AdvancesPsPaФиг. 2 Схема на сервоклапан с клапа, с резисторен модел на ляв полурегулиран изход, поставяне на долна граница на изходния импеданс Основата се демонстрира чрез разглеждане на типичен управляван инструмент, произвеждащ номинално постоянно налягане Ps, и сервоклапан, свързан към система за управление, която измерва налягането на вълната , в зависимост от дизайна на клапана, контролна структура, за да последва педанс Обща архитектура на клапана, почти подобни компромиси) Клапанът се използва, враг, като първи етап от серията Moog 15P Диференциално налягане (PrPu) Два потока течност от източника на високо налягане Ps се натискат във флаха е прикрепен към ротора и двата флуидни потока капят към връщането при налягане Pr Клапанът се върти, за да ограничи частично едната страна и да повиши налягането на флуида в този клон. За промяната в съпротивлението на флуида при клапата се въздейства върху Pa и Pa, всяка страна на ( oa и ow
За съжаление, всяка течност, подадена към товара, трябва да премине през един от тези отвориg импеданса и влошаване на качеството на вентила като флуидни резистори под схемата, Theorifice е моделиран като резистор Ron, а отварянето на клапата е моделирано като резистор Rin(e ), което създава спад на налягането между налягането на предварително завъртане P и зависи от ъгловата позиция на ротора 6 Ако Ror=O, тогава outprper няма ефект върху изхода. Ако се разглежда единична фиксирана позиция 0@, Rla"(0) Извличане на изходен импеданс Z,"P/Qo където QR。R ще има Z 0 Ако Ror е твърде малък, тогава промените в Ri(e) имат малък ефект върху изходното налягане Pa и вентилът няма да функционира Zu може да бъде направен малък чрез минимизиране на Ria Въпреки това , общият изходен импеданс на вентила не е открит
Нови методи за задействане за хаптична сила Z=2z。+Z, където Zs е импедансът на порта за другата страна на вентила и има 4) Но Ro(e inRia(e) намалява, така че единственият начин за общия изход би бил значително намаляват изходното усилване на налягането във възрастта (както в m с този усилвател са двойни: първо, ако работи перфектно, той усилва импеданса на първия етап в крайната точка, като действа като зъбно колело, през което течността трябва да тече Увеличаването на или просто произвежда спукан клапан, увеличаване на консумацията на енергия и намаляване на ефективността със значителен поток на изтичане, което увеличава размера на компресора, като се имат предвид строгите изисквания за импеданс на хаптика с висока сила, подходът на спукания клапан като цяло е непрактичен Високият импеданс на клапана е пряко свързан със способността да генерира изходно налягане и не може да се опровергае уплътненията на цилиндъра представляват друго желано предизвикателство, особено при вискозно затихване и инерция. Друг проблем е, че най-големите сили (по хидравлични стандарти), необходими за човешкото взаимодействие, смекчават тази опасност, поради което е проблематично при близост до хора
В раздел 4 от тази глава, въпреки тези ограничения, силното предимство на хидравликата, допълнително разглеждане в различни конфигурации за висока сила на хаптика и архитектура на износване, която поставя предизвикателството към сервоклапа с висок импеданс. des wieh: e reteratahs th at con 2o) ограничение на потока, подобно на хидравличните сервоклапи, ниският импеданс е готова течност, Indeehe enclosedoflehi изисква високо налягане и преходът от ниска към висока коравина (например виртуална стена) изисква бързи промени в налягането Това може да се разбере bng простият пример за затворен цилиндър при компресия, дължащ се на сила от диабатни условия, води до подобни заключения. Поведението в отвора на взаимодействието тор се характеризира с приложената сила F и изместването x. Цилиндрът е при абсолютното налягане P и специфичната газова константа R и температура T фиксирана, докато обемът V варира с x Pamb означава pm на околната среда на идеален M, се съдържа в цилиндъра Законът за идеалния газ за този обем е RTntechopen
НапредъкP mR TФиг. 3 Схема на идеален газ при изотермично компресионно налягане. Налягането се състои от околната среда плюс тази сила. Заместването на VAx и eq (7) в eq(6) и пренареждането на произведения RT8) води до закоравяване F rT m За фиксиран (или фиксиран) x, например когато пресичане на виртуална стена, коравина е лична на затворената За да симулирате виртуална стена с коравина 100 пъти по-голяма от оградената с коефициент 100 в рамките на периода на симулиран флуид recntactwall От eq(6), това означава, че налягането също трябва да се увеличи 100 пъти (За реално другата страна на буталото)
По този начин дискретни характеристики на виртуална среда, като виртуални стени, са изключително трудни и неефективни за прилагане по този начин. Друг проблем, показан от eq(9), е, че твърдостта е високо налягане, трябва също да се променя до m линейна твърдост, ако това е желателно Алтернативно да работи при високи налягания, запазвайки твърдата трансмисия и g импедансът на предизвикателствата, описани подробно по-горе за хидравликата, пневматичните задвижващи механизми, които са изключително трудни за управление, и допълнителните предизвикателства на хаптиката с висока сила влошават проблемите. Динамиката на флуида на пневматичните задвижващи механизми също забранява прилагането на управление със затворен контур с помощта на регулатор, за да реагира на измерването на силата на крайната точка може да се използва за елиминиране на съпротивлението от газа, но това може да бъде доста неефективно Накрая, сгъстеният газ съхранява порядъци повече енергия от течностите в същото време и плени. Въпреки предизвикателствата си, пневматичните механизми са били използвани за хаптично и хаптично приложение с висока сила на тяхното присъщо съответствие може да бъде от полза, включително екзоскелетни устройства (Tressler et al2002) и други devintechopen