Paralelni roboti in haptično prikazovanje

1. Paralelni robotiin haptično prikazovanje Jurij Munda Seminarska naloga pri predmetu ROBOTIZACIJA

2. Paralelni manipulatorji • Paralelni manipulator je sestavljen iz premične ploščadi, pritrjene na osnovo z nizom identičnih paralelnih kinematičnih verig, ki jih imenujemo noge. Končni efektor je pritrjen na premično ploščad. • Manipulator je popolnoma paralelen, ko je število nog večje ali enako številu prostostnih stopenj premične ploščadi, če ima vsaka noga en aktuator.

3. Gough-Stewartova platforma

4. Prednosti paralelnih mehanizmov • Velika nosilnost (glede na serijske mehanizme iste velikosti) • Natančnost (napake se ne seštevajo) • Dobre dinamične lastnosti (veliki pospeški)

5. Slabosti paralelnih mehanizmov • Omejen delovni prostor (glede na serijske mehanizme iste velikosti) • Zapletena kinematika (težko izračunat direktno kinematiko) • Neobvladljive kinematične singularnosti (paralelni mehanizmi pridobijo stopnje gibljivosti)

6. Delta manipulator

7. PARAMAT struktura

8. Haptična naprava Force Dimmension Delta Haptic Device 6DOF

9. Haptične naprave • Haptična naprava omogoča obojestranski tok energije med uporabnikom in napravo preko stične točke - omogoča zaznavanje gibanja uporabnika in izvajanje ustrezne sile nanj. • Razlikujejo se po številu prostostnih stopenj, po načinu interakcije (prst – celo telo), po velikosti delovnega prostora in po velikosti sile, ki jo lahko aplicirajo na uporabnika.

10. Haptično zaznavanje Ljudje uporabljamo dva tipa haptičnih informacij: • Taktilne informacije pridobivamo s pomočjo živcev v koži – predvsem v blazinicah na prstih. Na ta način lahko zaznavamo majhne prostorske in časovne razlike na površini objekta, kar interpretiramo kot hrapavost, gladkost, mehkost in podobne lastnosti površine objektov. • Kinetične informacije pridobivamo s pomočjo živcev v sklepih. Tako lahko zaznavamo grobe lastnosti objektov ter velikost in razporejenost objektov.

11. Haptično zaznavanje Problem ločljivosti: • Kot vsi vemo, je za vizualni prikaz gibanja potrebo vsaj 25 sličic na sekundo. • Za haptični prikaz površine krogle je potrebno vsaj 1000 popravkov na sekundo! • Tudi v praksi se kirurgi mnogokrat raje zanašajo na haptične informacije, ki jih prejmejo preko kirurških instrumenotv, kot pa na vizualne informacije…

12. Model haptičnega sistema

13. Haptično prikazovanje • Haptična zanka je sestavljena iz štirih korakov: • Ugotavljanje trenutne pozicije avatarja. • Detekcija trka z objekti na sceni. • Izračunavanje ustreznega odziva na trk. • Aplikacija sile na uporabnika.

14. Haptični odziv v obliki sile Modeli za izračunavanje haptičnega odziva temeljijo na globini potopitve avatarja v navidezno steno. • Vzmetni model • Stene objektov so modelirane z navidezno vzmetjo. • Virtual damping • Stene objektov so modelirane kot par vzmet-blažilec. • Potrebno je poznati hitrost avatarja. • Virtual coupling • Posplošen virtual damping – haptična naprava ne deluje direktno na objekte, temveč preko para vzmet-blažilec.

15. Virtual damping na enodimenzionalnem primeru

16. Haptični odziv v obliki navora • Avatar je konveksni objekt predstavljen s trikotniško mrežo. • Ko avatar pritiskamo na steno, se bo poskusil obrniti v stabilni položaj. • Stabilnost položaja je odvisna od tega, kam na steno se projicira težišče avatarja.

17. Haptično prikazovanje točke v prostoru • Avatar se potopi v navidezno steno, haptična zanka zazna trk in sproži haptični odziv. • Trk zaznamo le v trenutku, ko oglišče avatarja preseka ovojnico objekta! • Ker se sedaj nahajamo v notranjosti “trde” stene, moramo zaradi računanja pravilnega haptičnega odziva in trkov (pri izhodu iz nje) voditi “idealno” pozicijo avatarja na površini stene.

18. God-object algoritem • HIP – Haptic Interface Point – je točka, v kateri se v resnici nahaja avatar. • IHIP – Ideal Haptic Interface Point – je točka, v kateri bi se avatar nahajal, če bi se zaletel v realno steno. • Dokler daljica d seka ovojnico objekta, se avatar nahaja v notranjosti.

19. Stabilnost haptične zanke • Ob pritisku na realno steno, je vsota sil enaka 0. • Ob pritisku na navidezno steno pa zaradi diskretnega sveta in kvantizacijske napake vsota sil ni nujno 0. • Čim večji je faktor k, tem hujši efekt stopničenja lahko pričakujemo. • Ob prenizkem faktorju k pa stene ne delujejo več trde.

20. Zaključek • Haptično prikazovanje je bilo do sedaj zaradi visokih stroškov predvsem domena visoko tehnoloških projektov in raznih raziskovalnih laboratorijev. • Po drugi strani nam industrija računalniških iger že nudi nekaj low-cost force-feedback naprav. • Zaradi možnosti, ki nam jih takšen način prikazovanja navideznih svetov omogoča, lahko pričakujemo, da bomo slej ko prej vsi imeli na mizah haptično napravo v takšni ali drugačni obliki.