Diseño de un nuevo joystick háptico para la teleoperación de robots médicos basados en mecanismos de continuo
Autores: Xie, Yiping; Hou, Xilong; Wang, Shuangyi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño de un nuevo joystick háptico para la teleoperación de robots médicos basados en mecanismos de continuo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Robots
Aplicaciones médicas
Joystick háptico
Control
Teleoperación
Robots continuos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Los robots continuos se utilizan cada vez más en aplicaciones médicas y las arquitecturas basadas en el maestro-esclavo siguen siendo el modo de operación más importante en la interacción humano-máquina. Sin embargo, los dispositivos de control maestro existentes no son completamente adecuados ni para el mecanismo mecánico ni para el método de control. Este estudio propone un nuevo joystick háptico de cuatro grados de libertad cuyo stick de control principal puede rotar alrededor de un punto fijo. La inercia rotacional se reduce al montar todos los componentes del tren de potencia en el plano base. Basado en el diseño, se proponen modelos cinemáticos y estáticos para la percepción de posición y el análisis de salida de fuerza, mientras que al mismo tiempo se realiza una compensación de gravedad para calibrar el sistema. Usando un robot de ultrasonido transesofágico basado en un mecanismo continuo como plataforma de prueba, se propone un esquema de teleoperación maestro-esclavo con mapeo de posición-velocidad y control de impedancia variable para integrar la regulación de velocidad en el lado maestro y la percepción de fuerza en el lado esclavo. Los resultados experimentales muestran que la precisión principal del diseño está dentro de 1.6 grados. El espacio de trabajo de los sticks de control es de -60 grados a 110 grados en ángulo de inclinación, de -40 grados a 40 grados en ángulo de guiñada, de -180 grados a 180 grados en ángulo de alabeo, y de -90 grados a 90 grados en ángulo de traducción. La desviación estándar de la salida de fuerza está dentro del 8% del rango completo, y el error absoluto medio es de 1.36 grados/s para el control de velocidad y 0.055 N para la retroalimentación de fuerza. Basado en esta evidencia, se cree que el joystick háptico propuesto es una buena adición al trabajo existente en el campo con características bien desarrolladas y efectivas para permitir la teleoperación de robots continuos para aplicaciones médicas.
Descripción
Los robots continuos se utilizan cada vez más en aplicaciones médicas y las arquitecturas basadas en el maestro-esclavo siguen siendo el modo de operación más importante en la interacción humano-máquina. Sin embargo, los dispositivos de control maestro existentes no son completamente adecuados ni para el mecanismo mecánico ni para el método de control. Este estudio propone un nuevo joystick háptico de cuatro grados de libertad cuyo stick de control principal puede rotar alrededor de un punto fijo. La inercia rotacional se reduce al montar todos los componentes del tren de potencia en el plano base. Basado en el diseño, se proponen modelos cinemáticos y estáticos para la percepción de posición y el análisis de salida de fuerza, mientras que al mismo tiempo se realiza una compensación de gravedad para calibrar el sistema. Usando un robot de ultrasonido transesofágico basado en un mecanismo continuo como plataforma de prueba, se propone un esquema de teleoperación maestro-esclavo con mapeo de posición-velocidad y control de impedancia variable para integrar la regulación de velocidad en el lado maestro y la percepción de fuerza en el lado esclavo. Los resultados experimentales muestran que la precisión principal del diseño está dentro de 1.6 grados. El espacio de trabajo de los sticks de control es de -60 grados a 110 grados en ángulo de inclinación, de -40 grados a 40 grados en ángulo de guiñada, de -180 grados a 180 grados en ángulo de alabeo, y de -90 grados a 90 grados en ángulo de traducción. La desviación estándar de la salida de fuerza está dentro del 8% del rango completo, y el error absoluto medio es de 1.36 grados/s para el control de velocidad y 0.055 N para la retroalimentación de fuerza. Basado en esta evidencia, se cree que el joystick háptico propuesto es una buena adición al trabajo existente en el campo con características bien desarrolladas y efectivas para permitir la teleoperación de robots continuos para aplicaciones médicas.