Ручной манипулятор: «Ручной» манипулятор / Хабр

Содержание

«Ручной» манипулятор / Хабр

Как-то раз, во время обучения на втором курсе университета, передо мной была поставлена задача: стряпать что-нибудь «этакое», дабы подтвердить высокое звание «будущего инженера-робототехника». На этой пафосной ноте я отправился в глубины сознания для поиска идей. После непродолжительного путешествия появилась мысль об устройстве, теорией создания которого хочу поделиться с общественностью.

Суть разработки такая. Рассмотрим обычный, скажем, 5-ти осевой манипулятор (кинематическая структурная схема изображена на рисунке ниже). Его возможности при перемещении в пространстве широки: он способен совершать движения в 5-ти координатах, причём одновременно, т.е. 3 координаты по трём осям XYZ и вращение вокруг двух из них. В таком случае рабочий элемент манипулятора способен занять любое положение в рабочем пространстве и вместе с этим сохранить требуемую ориентацию рабочего органа (не считая поворот рабочего элемента вокруг собственной оси).


Данная конструкция относится к манипуляторам антропоморфного типа и поэтому способна, приближённо конечно, воспроизводить движение человеческой руки.

Рассуждая над этим тезисом как раз пришла мысль, что интересно бы сделать так, чтобы манипулятор дистанционно мог копировать движения моей руки в реальном времени. Чтобы я просто одевал на руку сенсор, считывающий перемещения руки (как линейные, так и угловые), и эта механическая штука будет повторять их вслед за мной. Как манипулятор может выполнять функции перемещения и ориентирования рабочего органа, так и с помощью руки человек может перемещать и ориентировать свою ладонь, следовательно эти два процесса схожи и их можно представить как один общий процесс — захват движения руки манипулятором в реальном времени.

Раскатал губу

Забегая вперед, скажу, что удалось только реализовать захват ориентирующего движения ладони, т.е. я мог управлять ориентации рабочего органа, но не его линейным перемещением в пространстве.

На этом формулировка задачи завершена. Теперь проведём анализ задания (не поворачивается язык назвать это «техническим заданием»). Необходимо разработать два, конструктивно независимых устройства: непосредственно сам манипулятор и устройство отслеживания движения, которое крепиться на руку. Затем последует трудоёмкий процесс создания математических описаний, составления алгоритма и написания программного обеспечения. Делим проект на три части:

1. Разработка манипулятора
2. Разработка устройства для отслеживания перемещения руки
3. Всё остальное

Вкратце о каждом из этапов:

  1. Здесь всё тривиально… В САПР проектируем конструкцию, выполняем чертежи деталей и изготавливаем, после собираем. Затем рассчитываем кинематику и пишем собственное программное обеспечение, которое скроет низкоуровневые обращения к приводам.
  2. На этом этапе определяемся с типом сенсоров, проектируем принципиальную схему, изготавливаем печатную плату, разрабатываем алгоритм определения положения в пространстве, пишем ПО.
  3. Собственно, ради чего были предыдущие этапы – заставить манипулятор слушаться хозяина. Здесь разрабатываю алгоритм конвертации координат в рабочее поле манипулятора.

1. Разработка манипулятора

В этом проекте, как было сказано выше, используем манипулятор с 5-ю степенями свободы. Такое количество степеней свободы достаточно, т.к. в их число входит три линейных перемещения и два вращательных. Последние два необходимы для ориентации рабочего органа, поскольку направление РО в пространстве можно задавать в виде вектора, а вектор определённо можно восстановить из двух углов поворота (не учитывая длины). В таком случае нам необходимо пять обобщённых координат, равное числу осей.

Звенья манипулятора связаны вращательными кинематическими парами пятого класса. Конструкция манипулятора стандартная для своего типа (кинематическая схема представлена в начале статьи). Имеет в составе неподвижную станину, с которой связана базовая система координат, поворотную стойку, к которой крепятся остальные подвижные звенья, соединённый в цепь. К конечному звену (фланцу) крепиться рабочий орган, в данном случае его имитация в виде стрелообразного указателя (см. изображение ниже).

Фотоотчёт сборки

ЗD–модель построена в САПР «Компас 3D». Материал деталей – фанера 4 мм и PLA для пластиковых деталей. Детали из фанеры вырезались на лазерном станке, детали из пластика печатались на 3d-принтере. В качестве приводов осей используются цифровые сервоприводы Dynamixel AX-12. Внешний вид манипулятора напоминает одного гнусного насекомого, от которого он получил прозвище «Комар».

Математическое описание кинематики

На этом этапе необходимо рассчитать прямую и обратную кинематику манипулятора. Прямая задача состоит в том, чтобы по известным значениям обобщённых координат (в данном случае углы поворота звеньев) определить положения звеньев относительно некоторой базовой системы координат. Обратная ей задача называется обратной или инверсной кинематикой, заключается в определении параметров обобщённых координат для достижения желаемой позиции и ориентации рабочего органа манипулятора.

Начнём с расчёта обратной кинематики. Изобразим геометрическую схему манипулятора, из которой будут ясны интересующие нас геометрические соотношения.

Требуемую позицию изображаем радиус-вектором . Здесь стоит пояснить, почему вектор проведён до фланцевой точки, а не до конечной точки РО. Поскольку ориентация рабочего органа нам известна заранее (я её сам определяю согласно некоторым требованиям), то необходимо, чтобы фланцевая точка оказалась в нужном месте, указанное как вектор . Этот вектор получается вычитанием из радиус-вектора , проведённого к конечное точки РО, вектора его ориентации , относительно БСК, т.е:

Рассмотрим переход фланцевой точки в нужное положение. Оно осуществляется поворотам звеньев

a

и

b

(их я изобразил в виде векторов) в шарнирах

A

,

B

и

C

. Начало базовой системы координат (БСК) поместим в точку шарнира

B

. Ось вращения шарнира

A

направлена вдоль оси

Z

, оси

B

и

C

направлены перпендикулярно

Z

.

Когда всё формальности соблюдены, перейдём к сути. Для решения обратной задачи кинематики я использовал геометрический подход в силу простоты конструкции манипулятора.

Из геометрии видно, что вектор равен сумме векторов звеньев и . Углы , , — углы поворота звеньев А, В и С соответственно.
Рассмотрим треугольник, ограниченный векторами , и . Из этого треугольника по теореме косинусов найдём углы и . Пусть длины векторов будут равны:

Запишем теорему косинусов относительно искомых углов:

Выразим углы

и

:

Из геометрической схемы видно, что:

Тогда:

Окончательно, переход от линейной координаты к углам поворота звеньев осуществляется формулами:

Теперь, когда переместили фланцевую точку в требуемое положение надо правильно сориентировать рабочий орган. Чтобы это сделать, необходимо знать координаты вектора относительно фланцевой точки, т.е. координаты в базисе локальной системы координат (ЛСК) – , начало которой расположено в фланцевой точке манипулятора.

Вектор

направлен по звену

b

, вектор

– вдоль оси шарнирного соединения

f1

.

Для нахождения базиса

определим матрицу перехода от БСК (с базисом

) и ЛСК. Эта матрица получается путём комбинации поворотов в шарнирах

A

,

B

и

C

:

где

Т.к. матрица

является единичной, тогда:


Знающему читателю

Знающий читатель может здесь найти схожесть с представлением Денавита – Хартенберга для решения прямой задачи кинематики. Да, это оно, упрощённое до нельзя и с моими небольшими изменениями. Здесь я не использую однородные преобразования, не учитываю конструктивные особенности, как угловое и линейное смещение осей и т.д. Просто я так спроектировал конструкцию, чтобы там отсутствовали вышеперечисленные лишние параметры, оставив только являющиеся обобщенными координатами.

Матрица

вычисляется путём перемножения

матриц поворота вокруг оси на угол

.

Зададим функцию, которая вычисляет эту матрицу:

Ось берётся в виде вектора как столбец матрицы, полученной предыдущими поворотам, а углы уже рассчитаны выше.

В итоге получаем:

Пусть вектор рабочего органа в БСК

. Тогда справедливо равенство:

Отсюда выразим

– вектор рабочего органа в базисе

, т.е. относительно фланцевой точки:

Теперь, зная вектор РО, можно рассчитать углы поворота ориентирующих осей

f1

и

f2

Чтобы переместить РО в заданную позицию, требуется совершить поворот на углы

и

. Из рисунка видно, что

где

— длина рабочего органа,


— координаты вектора

.

Программное обеспечение манипулятора разделено на два уровня, верхний и нижний. Верхний уровень написан в Matlab в виде библиотеки и различными командами-методами, нижний – на микроконтроллере Atmega328. Задача верхнего уровня состоит в том, чтобы сформулировать команды, отсылаемые на микроконтроллер. Его задача получить команду и в соответствии с ней установить приводы в нужное положение. В таком виде система управления оказалась надёжной (пока что…) и удобной в использовании.

Почему Matlab?

Изюминка, как по мне, языка Matlab в том, что операции с матрицами там происходят как обычные алгебраические соотношения, и не надо городить вложенных циклов как это делается, например, в языке C. Плюс в Matlab доступна практически любая «возжеланная» математическая операция, что доставляет огромное счастье.

Формулировка команды и отправка со стороны верхнего уровня происходит следующим образом: пользователь в командном окне Matlab вызывает функцию из библиотеки (например, функцию простого перемещения в точку), указывает необходимые аргументы (обычно это координаты и ориентация РО). После по изложенным выше математическим соображения, записанных в библиотеку, вычисляются углы поворота осей и при необходимости скорости вращения. После по простенькому протоколу собираем команду и шлём её на микроконтроллер нижнего уровня по последовательному COM – порту.

Пару слов о написанной библиотеке. В её распоряжении есть следующие функции:

  1. функции создания соединения по последовательному интерфейсу
  2. функции перемещения

  • в точку, с постоянной скоростью всех приводов
  • в точку, с конечным остановом всех приводов (скорость привода подбирается в пропорции от собственного и самого большого угла поворота. Таким образом в конце подхода к точке заканчивают движение все приводы)
  • в точку, с плавным перемещение каждого привода (в этом случае график скорости выглядит как трапеция с участками разгона, постоянной скорости и торможения) График

  • в точку, по вручную заданным углам поворота осей и скорости вращения

Список функций можно конечно расширить, но достаточно было и этого функционала для решения непосредственно той задачи, для которой манипулятор и проектировался.

На видео продемонстрирована работа манипулятора.


2. Разработка устройства для отслеживания перемещения руки

Переходим к следующему этапу. Здесь потребуется спроектировать специальное устройство, которое может отслеживать в реальном времени положение в пространстве ладони. Также этот процесс носит название «захват движения». Для осуществления задуманного я решил использовать бесплатформенную инерциальную навигационную систему (БИНС) на основе трёх датчиков: гироскопа, акселлерометра и магнитометра. Связка этих датчиков называется IMU – сенсор (в переводе и есть то самое БИНС).

Сперва я спроектировал печатную плату с необходимым мне функционалом, на которой я разместил эти три датчика. В качестве обрабатывающего контроллера я выбрал (точнее взял что было) микроконтроллер Atmega2560. Сенсоры использовал распространённые и дешёвые на китайском рынке. Это спаренные датчики трёхосные гироскоп и акселерометр MPU6050 и магнитометр HMC5883l.


Фото готовой платы


Алгоритм расчёта положения в пространстве достаточно прост: вначале определяем ориентацию в виде базиса локальной системы координат (ЛСК), которая связана с датчиками, а в конечном итоге с ладонью руки.

Ориентацию определяем относительно начальной системы координат (НСК), что по сути является начальным положением устройства в момент включения питания. Базисы НСК и ЛСК состоят вектор-столбцов её орт:

Они связаны соотношением:

Где

– матрица перехода, она же матрица вращения в пространстве. Базис НСК будем считать единичной матрицей. Следовательно

.

После, вектор ускорения

, который известен относительно ЛСК, необходимо определить в НСК. Это делается путём умножения вектора-столбца ускорения на базис ЛСК:

Затем полученный вектор ускорения два раза интегрируем по времени и получаем расстояние, т.е. координаты:

Первые попытки реализации этого алгоритма были весьма наивны… Наивность была в том, что я посчитал возможным только по данным гироскопа, используя дискретное интегрирование, получить матрицу поворота вокруг оси. Осью в данном случае можно рассматривать как псевдовектор угловой скорости, компоненты которого (проекции на оси) и есть выходные данные с датчика гироскопа. А угол в свою очередь получается интегрированием модуля вектора. Первоначальный задор и энтузиазм пропал, когда я увидел чудовищный по величине, так называемый «дрейф нуля», вызванный накапливающейся ошибкой из-за погрешности дискретного интегрирования и собственного шума датчика. Ещё тогда у меня появились мысли, что по данным акселерометра, который в состоянии покоя показывает вектор, обратный вектору ускорения свободного падения (далее в тексте вектор гравитации), можно делать корректировку матрицы, но и здесь появляется неопределённость, связанная с тем, что корректировка возможно только с точностью до поворота угла вокруг оси Z. Корректировка будет полноценна в том случае, если будет возможным восстановить матрицу поворота альтернативным способом, т.е. без применения данных гироскопа.

Особо интересующимся

Особо интересующимся поясню. Почему нельзя по акселерометру восстановить матрицу поворота? Точнее недостаточно данных. Как нам известно, вектор гравитации направлен всегда к центру планеты, а, следовательно, перпендикулярен поверхности Земли. Поскольку мы связываем начальную систему координат, например, со столом, так что плоскость XY параллельная поверхности стола, который в свою очередь параллелен (с некоторой условностью) полу, а пол в свою очередь параллелен плоскости основания здания, которая обычно является касательной плоскостью к поверхности Земли. Отсюда делаем вывод, что показания акселерометра в состоянии покоя (или при равномерном движении) говорят нам о положении оси

ЛСК, относительно НСК. На этом полезность этих данных исчерпывается, т.к. вращение вокруг оси

не изменят саму ось

, но изменяет две остальные оси

и

. Следовательно показания акселерометра не изменятся и тогда положение будет не определено.


Тогда необходимо использовать ещё один фактор, по которому возможно будет сделать полноценную корректировку положения. Этим фактором является магнитное поле Земли, которое наряду с гравитацией в отдельной взятой точке планеты не меняются со временем (в краткосрочной перспективе конечно). Его измеряем при помощи вышеупомянутого датчика HMC5883l. В таком случае мы имеем два вектора, которых достаточно, чтобы относительно них определить положение в пространстве.

Теперь возникает закономерный вопрос – «как это сделать?». После неудачных попыток ответить на это вопрошание самостоятельно я полез в интернет, где нашёл нужную мне информацию. Задача определения ориентации в пространстве по данным трёх измерений (угловая скорость, вектор гравитации и вектор магнитного поля) встаёт также при проектировании любительских летательных аппаратов (например коптеры), поэтому эта задача не раз решалась различными методами. Один из популярных методов – это так называемый фильтр Маджвика (Sebastian O.H. Madgwick). Прочитав оригинальную статью и не поняв англицкого, я обратился к замечательному переводу (спасибо автору за проделанный труд). Пока углублялся в изучении статьи у меня всё чаще и чаще возникала мысль о том, чтобы всё-таки попробовать написать свой алгоритм фильтра определения положения, учитывая, что к этому моменту мой уровень познаний в этой области заметно повысился. Хотя бы ради интереса «изобрести велосипед»! И я его «изобрёл». Ниже привожу свои рассуждения.

В алгоритме используются показания все трёх датчиков. Напомню, задача алгоритма – вычисление ориентации объекта и компенсация дрейфа нуля гироскопа, учитывая данный пары акселерометра и магнитометра. В качестве математического инструмента, описывающего положение, используется кватернион, т.к. он удобен в плане построения и оптимизация алгоритма и требует меньше математических операций для его расчёта в отличие от матриц. Кватернион вращения в пространстве выглядит следующим образом:

Зная ось вращения, описанное нормированным вектором

, и угол

(откуда они берутся сказано выше) можно рассчитать кватернион:

Тогда, используя только показания гироскопа, на каждой итерации цикла будем рассчитывать текущее значение кватерниона по выражению:

Здесь

– кватернион в данный момент времени. Индекс

G

сверху говорит о том, что это значение относится к измеренному относительно показаний гироскопа, т.е. угловой скорости;

– значение кватерниона в предыдущий момент времени;

–изменение положение за один шаг измерений, можно сказать дискретное изменение положения на угол

за

– период дискретизации, выраженное кватернионом вращения (*).

Следующий этап вычислений – нахождение матрицы поворота исходя из данных пары датчиков акселерометра и магнитометра. Конкретно, рассматриваем вектор гравитации и вектор индукции магнитного поля Земли, которые, как это было сказано выше, статичны относительно Земли и связанной с ней НСК. Здесь тезис такой: зная значения гравитации и индукции в базисе ЛСК и НСК можно рассчитать матрицу перехода (поворота) от НСК к ЛСК и кватернион вращения в пространстве.

Обозначим через нормированный начальный вектор гравитации. Его можно принять таким:

Через

обозначаем нормированный начальный вектор магнитной индукции:

Также требуется третий вектор

, который связан с этими двумя. Он получается векторным умножением

на

:

Теперь формируется матрица

, которая характеризует начальной положение, т.е. НСК, поскольку в начальный момент времени ЛСК совпадает с НСК. Матрица получается из компонентов векторов

,

и

:

Аналогично, но уже на каждой итерации цикла, создаётся подобная матрица

, где

– текущий нормированный вектор магнитной индукции,

– текущий нормированный вектор гравитации,

. Эта матрица характеризует положение ЛСК, т.к. эти вектора известны в системе координат датчиков, которая совпадает с ЛСК. Тогда, зная обе матрицы, можно записать такое уравнение:

Оно связывает две матрицы, найденные при разных обстоятельствах. Учитывая выражение

и то, что базис

– единичная матрица, получим:

Отсюда выразим матрицу перехода

:

Первый множитель, как можно понять, рассчитывается только один раз в самом начале алгоритма, и не требует пересчёта в процессе работы. Второй множитель формируется довольно таки легко и не принуждённо на каждой итерации цикла.

После, когда найдена матрица перехода, преобразуем её в кватернион (алгоритм конвертации из матрицы в кватернион вещь публичная и приводить здесь его не буду).

В итоге нам известны два кватерниона, найденные независимо друг от друга. И для совмещения результатов я применил простенький комплементарный фильтр с коэффициентом , который берётся из диапазона от 0 до 1:

В результате получаем кватернион, в котором находится актуальная информация о положении в пространстве устройства с модулем БИНС.

«Велосипед» поехал… Алгоритм работал, но в некоторых положениях вёл себя несколько не адекватно, что в принципе не мешало, но и не давало повода думать о нём положительно. Свой спортивный интерес я удовлетворил, и теперь можно обратиться к готовым решениям, более качественным. Тогда я вновь вернулся к статье Себастьяна Маджвика и решил использовать его алгоритм, благо, что этот замечательный человек опубликовал все исходники на сайте проекта. В архиве были исходный коды на разных языках, в том числе и на языке Matlab. Этот факт повлиял на моё решение отказать от идеи делать все вычисления на микроконтроллере (тем паче что он 8-ми битный) и писать программу уже на компьютере в среде Matlab. Микроконтроллер используется только для опрашивания датчиков и отсылку данных на ПК (похожая ситуация и с манипулятором). В таком случае основной программный код, который подвергается изменениям и отладке, базируется в среде Matlab, что весьма удобно в процессе работы.

Хорошо, ориентацию, заданную кватернионом, мы получили. Что дальше по плану? А далее следует нахождение линейных координат объекта по данным акселерометра. Что ж, здесь лучше просто констатировать, что невозможно с нужной точностью по акселерометру определить координаты. Даже хотя бы находить изменение положения, которое было бы адекватным! Конечно, были попытки решить эту задачу, но в режиме реального времени находить координаты не получалось. Почему? Потому, что двойное дискретное интегрирование зашумленных показаний датчика приводила только к полёту в стратосферу, причём с бешеной скоростью, но никак не к положительному результату. Поэтому обозначенный в начале пункта алгоритм я обрезал до момента нахождения ориентации, и на этом остановился.

3. Всё остальное

Итак, вот я подобрался к заключительному этапу проектирования, вдоволь наигравшись с манипулятором и навертевшись IMU-сенсором. Работая над двумя предыдущими этапами я уже чётко представлял, как всё будет работать и по какому алгоритму. Поэтому с этим этапом я расправился достаточно быстро. Поскольку известна только ориентация ладони, то работаем непосредственно с рабочим органом, который требуется соответственно ориентировать. РО может принять любое направление, если оно не нарушает рабочую зону (вращаться на все 360 не получиться).

В пункте про разработку манипулятора вектор РО задавался вручную, и уже после находились углы поворота приводов. Так вот, этот вектор и нужно определить исходя из ориентации ладони руки. Ориентацию можно выразить базисом , найдя его, конвертировав кватернион в матрицу. Базис состоит из вектор-столбцов его орт, следовательно получаем три вектора , и . Будет удобным взять за ориентацию РО вектор , поскольку я предполагал такое начальное положение манипулятора, когда все звенья и РО расположены в плоскости XZ базовой системы координат, и РО в этот момент расположен горизонтально, т.е. вектор в начале сонаправлен с осью X БСК и НСК (начальное положение модуля БИНС располагаем так, чтобы НСК совпадала БСК манипулятора). В таком случае первый столбец матрицы приравниваем вектору . После нормируем его по длине РО и получаем требуемый вектор относительно базовой системы координат манипулятора. Затем следуем последовательности расчёта обобщённых координат из п. 1.

Стоит заметить, что манипулятор, при изменении ориентации РО, способен выполнить перемещение в двух режимах: первый – когда фланцевая точка неподвижна, второй – когда неподвижна конечная точка РО, но соблюдается его ориентация. Второй режим вызывает больше интереса, т.к. даже в отсутствии линейного перемещения всё равно задействованы все оси вращения для перемещения фланцевой точки, одновременно соблюдая ориентацию РО. Впрочем, переход от первого режима ко второму происходит с добавлением всего лишь одной операции вычитания векторов для нахождения вектора (см. п. 1).

Все выше описанные операции также программировались в среде Matlab. В общих чертах структура программы следующая:

  1. Калибровка при запуске. Устанавливаем всё хозяйство в исходное положение и не смея прикасаться калибруем модуль БИНС по некоторому количеству сырых данных с него. Калибровка необходима, поскольку нужно убрать начальное смещение, которое выдавал фильтр (я не стал разбираться почему, и так работало прекрасно).
  2. Начало скрипта. Инициализируем все библиотеки и переменные, задаёмся начальным положение фланцевой или конечной точки РО.
  3. Запуск цикла. На каждой итерации опрашиваем датчики, находим кватернион, переводим его в матрицу, которая есть базис , он же базис, в котором расположен РО. Первый столбец принимаем за ориентацию РО и находим все обобщенные координаты, используя математические соображения из п. 1.
  4. Зная обобщенные координаты в прошлый момент времени и в настоящий, рассчитываем угловые скорости вращения осей.
  5. Отправляем пакет данных на микроконтроллер манипулятора.

Получилось конечно корявенько, но если приглянуться, то можно увидеть положительный результат исследования. Эта работа, безусловно, не претендует на законченную и требует ещё много усилий для доработки, но только в том случае, если этому можно найти применение. Но конкретное применение я ещё не нашёл… Может кто подскажет?

Высокое качество ручной манипулятор для промышленного использования

О продукте и поставщиках:
Магазин для. ручной манипулятор на Alibaba.com, когда вам нужна автоматизация и эффективность на вашем предприятии. Используйте один, чтобы перемещать и сортировать детали и другие мелкие предметы, не делая это вручную. Производители автомобилей и заводы по упаковке пищевых продуктов сочтут его полезным. ручной манипулятор в пределах своих возможностей. Настройте его, чтобы сэкономить время и затраты на рабочую силу, но при этом достичь производственных целей. 

Большинство. ручной манипулятор представлены детали из алюминия и других прочных и легких сплавов. Многие из них также оснащены вакуумными присосками на конце руки для безопасного захвата ваших продуктов. Некоторые типы можно запрограммировать с помощью команд искусственного интеллекта и оставить для автоматического запуска. Крупномасштабные операции могут использовать это для простого увеличения производительности. Несколько моделей могут двигаться в четырех разных направлениях.

Просмотрите широкий выбор поставщиков на Alibaba.com, чтобы помочь вам найти. ручной манипулятор именно то, что вам нужно. Цвета и логотипы могут быть изменены по мере необходимости. Некоторые поставщики разрешают установку в полевых условиях, чтобы сэкономить время и деньги. Также доступны другие послепродажные услуги, такие как онлайн-техническая поддержка и бесплатные запчасти. Некоторые поставщики могут прислать образцы, чтобы вы могли протестировать свою модель перед покупкой стандартного заказа.

Получить. ручной манипулятор с Alibaba.com, чтобы обеспечить бесперебойную работу вашего производства при низких затратах. Найдите модель с подходящим стилем и функциями. Просмотрите несколько. ручной манипулятор и настройте порядок, который будет работать как для вашего производственного предприятия, так и для вашего бюджета.

«Ручной» манипулятор

Как-то раз, учась на втором курсе университета, передо мной была поставлена задача: стряпать что-нибудь «этакое», дабы подтвердить высокое звание «будущего инженера-робототехника». На этой пафосной ноте я отправился в глубины сознания для поиска идей. После непродолжительного путешествия появилась мысль об устройстве, теорией создания которого хочу поделиться с общественностью.

Суть разработки такая. Рассмотрим обычный, скажем, 5-ти осевой манипулятор (кинематическая структурная схема изображена на рисунке ниже). Его возможности при перемещении в пространстве широки: он способен совершать движения в 5-ти координатах, причём одновременно, т.е. 3 координаты по трём осям XYZ и вращение вокруг двух из них. В таком случае рабочий элемент манипулятора способен занять любое положение в рабочем пространстве и вместе с этим сохранить требуемую ориентацию рабочего органа (не считая поворот рабочего элемента вокруг собственной оси).


Данная конструкция относится к манипуляторам антропоморфного типа и поэтому способна, приближённо конечно, воспроизводить движение человеческой руки. Рассуждая над этим тезисом как раз пришла мысль, что интересно бы сделать так, чтобы манипулятор дистанционно мог копировать движения моей руки в реальном времени. Чтобы я просто одевал на руку сенсор, считывающий перемещения руки (как линейные, так и угловые), и эта механическая штука будет повторять их вслед за мной. Как манипулятор может выполнять функции перемещения и ориентирования рабочего органа, так и с помощью руки человек может перемещать и ориентировать свою ладонь, следовательно эти два процесса схожи и их можно представить как один общий процесс — захват движения руки манипулятором в реальном времени.

Раскатал губу

Забегая вперед, скажу, что удалось только реализовать захват ориентирующего движения ладони, т.е. я мог управлять ориентации рабочего органа, но не его линейным перемещением в пространстве.

На этом формулировка задачи завершена. Теперь проведём анализ задания (не поворачивается язык назвать это «техническим заданием»). Необходимо разработать два, конструктивно независимых устройства: непосредственно сам манипулятор и устройство отслеживания движения, которое крепиться на руку. Затем последует трудоёмкий процесс создания математических описаний, составления алгоритма и написания программного обеспечения. Делим проект на три части:

1. Разработка манипулятора
2. Разработка устройства для отслеживания перемещения руки
3. Всё остальное

Вкратце о каждом из этапов:

  1. Здесь всё тривиально… В САПР проектируем конструкцию, выполняем чертежи деталей и изготавливаем, после собираем. Затем рассчитываем кинематику и пишем собственное программное обеспечение, которое скроет низкоуровневые обращения к приводам.
  2. На этом этапе определяемся с типом сенсоров, проектируем принципиальную схему, изготавливаем печатную плату, разрабатываем алгоритм определения положения в пространстве, пишем ПО.
  3. Собственно, ради чего были предыдущие этапы – заставить манипулятор слушаться хозяина. Здесь разрабатываю алгоритм конвертации координат в рабочее поле манипулятора.

1. Разработка манипулятора

В этом проекте, как было сказано выше, используем манипулятор с 5-ю степенями свободы. Такое количество степеней свободы достаточно, т.к. в их число входит три линейных перемещения и два вращательных. Последние два необходимы для ориентации рабочего органа, поскольку направление РО в пространстве можно задавать в виде вектора, а вектор определённо можно восстановить из двух углов поворота (не учитывая длины). В таком случае нам необходимо пять обобщённых координат, равное числу осей.

Звенья манипулятора связаны вращательными кинематическими парами пятого класса. Конструкция манипулятора стандартная для своего типа (кинематическая схема представлена в начале статьи). Имеет в составе неподвижную станину, с которой связана базовая система координат, поворотную стойку, к которой крепятся остальные подвижные звенья, соединённый в цепь. К конечному звену (фланцу) крепиться рабочий орган, в данном случае его имитация в виде стрелообразного указателя (см. изображение ниже).

Фотоотчёт сборки

ЗD–модель построена в САПР «Компас 3D». Материал деталей – фанера 4 мм и PLA для пластиковых деталей. Детали из фанеры вырезались на лазерном станке, детали из пластика печатались на 3d-принтере. В качестве приводов осей используются цифровые сервоприводы Dynamixel AX-12. Внешний вид манипулятора напоминает одного гнусного насекомого, от которого он получил прозвище «Комар».

Математическое описание кинематики

На этом этапе необходимо рассчитать прямую и обратную кинематику манипулятора. Прямая задача состоит в том, чтобы по известным значениям обобщённых координат (в данном случае углы поворота звеньев) определить положения звеньев относительно некоторой базовой системы координат. Обратная ей задача называется обратной или инверсной кинематикой, заключается в определении параметров обобщённых координат для достижения желаемой позиции и ориентации рабочего органа манипулятора.

Начнём с расчёта обратной кинематики. Изобразим геометрическую схему манипулятора, из которой будут ясны интересующие нас геометрические соотношения.

Требуемую позицию изображаем радиус-вектором $inline$vec{r}$inline$. Здесь стоит пояснить, почему вектор $inline$vec{r}$inline$ проведён до фланцевой точки, а не до конечной точки РО. Поскольку ориентация рабочего органа нам известна заранее (я её сам определяю согласно некоторым требованиям), то необходимо, чтобы фланцевая точка оказалась в нужном месте, указанное как вектор $inline$vec{r}$inline$. Этот вектор получается вычитанием из радиус-вектора $inline$vec{R}$inline$, проведённого к конечное точки РО, вектора его ориентации $inline$vec{v_0}$inline$, относительно БСК, т.е:

$$display$$vec{r}=vec{R}-vec{v_0}$$display$$

Рассмотрим переход фланцевой точки в нужное положение. Оно осуществляется поворотам звеньев a и b (их я изобразил в виде векторов) в шарнирах A, B и C. Начало базовой системы координат (БСК) поместим в точку шарнира B. Ось вращения шарнира A направлена вдоль оси Z, оси B и C направлены перпендикулярно Z.

Когда всё формальности соблюдены, перейдём к сути. 2}{2ar} right)$$display$$

Теперь, когда переместили фланцевую точку в требуемое положение надо правильно сориентировать рабочий орган. Чтобы это сделать, необходимо знать координаты вектора $inline$vec{v}$inline$ относительно фланцевой точки, т.е. координаты в базисе локальной системы координат (ЛСК) – $inline${E’}$inline$, начало которой расположено в фланцевой точке манипулятора.

$$display$$E’=left[vec{x}’ vec{y}’ vec{z}’ right]$$display$$

Вектор $inline$vec{x}’$inline$ направлен по звену b, вектор $inline$vec{y}’$inline$ – вдоль оси шарнирного соединения f1.
Для нахождения базиса $inline$E’$inline$ определим матрицу перехода от БСК (с базисом $inline$E_0$inline$) и ЛСК. Эта матрица получается путём комбинации поворотов в шарнирах A, B и C:

$$display$$E’=CE_0$$display$$

где

$$display$$C=R_CR_BR_A$$display$$

Т.к. матрица $inline$E_0$inline$ является единичной, тогда:

$$display$$E’=C=R_CR_BR_A$$display$$

Знающему читателю

Знающий читатель может здесь найти схожесть с представлением Денавита – Хартенберга для решения прямой задачи кинематики. 2}$inline$ — длина рабочего органа,
$inline$v_x,v_y,v_z$inline$ — координаты вектора $inline$vec{v}$inline$.

Программное обеспечение манипулятора разделено на два уровня, верхний и нижний. Верхний уровень написан в Matlab в виде библиотеки и различными командами-методами, нижний – на микроконтроллере Atmega328. Задача верхнего уровня состоит в том, чтобы сформулировать команды, отсылаемые на микроконтроллер. Его задача получить команду и в соответствии с ней установить приводы в нужное положение. В таком виде система управления оказалось надёжной (пока что…) и удобной в использовании.

Почему Matlab?

Изюминка, как по мне, языка Matlab в том, что операции с матрицами там происходят как обычные алгебраические соотношения, и не надо городить вложенных циклов как это делается, например, в языке C. Плюс в Matlab доступна практически любая «возжеланная» математическая операция, что доставляет огромное счастье.

Формулировка команды и отправка со стороны верхнего уровня происходит следующим образом: пользователь в командном окне Matlab вызывает функцию из библиотеки (например, функцию простого перемещения в точку), указывает необходимые аргументы (обычно это координаты и ориентация РО). После по изложенным выше математическим соображения, записанных в библиотеку, вычисляются углы поворота осей и при необходимости скорости вращения. После по простенькому протоколу собираем команду и шлём её на микроконтроллер нижнего уровня по последовательному COM – порту.

Пару слов о написанной библиотеке. В её распоряжении есть следующие функции:

  1. функции создания соединения по последовательному интерфейсу
  2. функции перемещения
  • в точку, с постоянной скоростью всех приводов
  • в точку, с конечным остановом всех приводов (скорость привода подбирается в пропорции от собственного и самого большого угла поворота. Таким образом в конце подхода к точке заканчивают движение все приводы)
  • в точку, с плавным перемещение каждого привода (в этом случае график скорости выглядит как трапеция с участками разгона, постоянной скорости и торможения) График
  • в точку, по вручную заданным углам поворота осей и скорости вращения

Список функций можно конечно расширить, но достаточно было и этого функционала для решения непосредственно той задачи, для которой манипулятор и проектировался.

На видео продемонстрирована работа манипулятора.

2. Разработка устройства для отслеживания перемещения руки

Переходим к следующему этапу. Здесь потребуется спроектировать специальное устройство, которое может отслеживать в реальном времени положение в пространстве ладони. Также этот процесс носит название «захват движения». Для осуществления задуманного я решил использовать бесплатформенную инерциальную навигационную систему (БИНС) на основе трёх датчиков: гироскопа, акселлерометра и магнитометра. Связка этих датчиков называется IMU – сенсор (в переводе и есть то самое БИНС).

Сперва я спроектировал печатную плату с необходимым мне функционалом, на которой я разместил эти три датчика. В качестве обрабатывающего контроллера я выбрал (точнее взял что было) микроконтроллер Atmega2560. Сенсоры использовал распространённые и дешёвые на китайском рынке. Это спаренные датчики трёхосные гироскоп и акселерометр MPU6050 и магнитометр HMC5883l.

Фото готовой платы

Алгоритм расчёта положения в пространстве достаточно прост: вначале определяем ориентацию в виде базиса локальной системы координат (ЛСК), которая связана с датчиками, а в конечном итоге с ладонью руки.

Ориентацию определяем относительно начальной системы координат (НСК), что по сути является начальным положением устройства в момент включения питания. Базисы НСК и ЛСК состоят вектор-столбцов её орт:

$$display$$E_0=left[ vec{X} vec{Y} vec{Z} right]=left[ begin{array}{cccc}1&0&0\0&1&0\0&0&1 end{array} right]\ E’=left[ vec{x}’ vec{y}’ vec{z}’ right]$$display$$

Они связаны соотношением:

$$display$$E’=CE_0$$display$$

Где $inline$C$inline$ – матрица перехода, она же матрица вращения в пространстве. Базис НСК будем считать единичной матрицей. Следовательно

$$display$$E’=C$$display$$

.
После, вектор ускорения $inline$vec{A}$inline$, который известен относительно ЛСК, необходимо определить в НСК. Это делается путём умножения вектора-столбца ускорения на базис ЛСК:

$$display$$vec{A}=E’vec{A}’$$display$$

Затем полученный вектор ускорения два раза интегрируем по времени и получаем расстояние, т.е. координаты:

$$display$$vec{r}=iintvec{A}dt$$display$$

Первые попытки реализации этого алгоритма были весьма наивны… Наивность была в том, что я посчитал возможным только по данным гироскопа, используя дискретное интегрирование, получить матрицу поворота вокруг оси. Осью в данном случае можно рассматривать как псевдовектор угловой скорости, компоненты которого (проекции на оси) и есть выходные данные с датчика гироскопа. А угол в свою очередь получается интегрированием модуля вектора. Первоначальный задор и энтузиазм пропал, когда я увидел чудовищный по величине, так называемый «дрейф нуля», вызванный накапливающейся ошибкой из-за погрешности дискретного интегрирования и собственного шума датчика. Ещё тогда у меня появились мысли, что по данным акселерометра, который в состоянии покоя показывает вектор, обратный вектору ускорения свободного падения (далее в тексте вектор гравитации), можно делать корректировку матрицы, но и здесь появляется неопределённость, связанная с тем, что корректировка возможно только с точностью до поворота угла вокруг оси Z. Корректировка будет полноценна в том случае, если будет возможным восстановить матрицу поворота альтернативным способом, т.е. без применения данных гироскопа.

Особо интересующимся

Особо интересующимся поясню. Почему нельзя по акселерометру восстановить матрицу поворота? Точнее недостаточно данных. Как нам известно, вектор гравитации направлен всегда к центру планеты, а, следовательно, перпендикулярен поверхности Земли. Поскольку мы связываем начальную систему координат, например, со столом, так что плоскость XY параллельная поверхности стола, который в свою очередь параллелен (с некоторой условностью) полу, а пол в свою очередь параллелен плоскости основания здания, которая обычно является касательной плоскостью к поверхности Земли. Отсюда делаем вывод, что показания акселерометра в состоянии покоя (или при равномерном движении) говорят нам о положении оси $inline$vec{z}’$inline$ ЛСК, относительно НСК. На этом полезность этих данных исчерпывается, т.к. вращение вокруг оси $inline$vec{z}’$inline$ не изменят саму ось $inline$vec{z}’$inline$, но изменяет две остальные оси $inline$vec{x}’$inline$ и $inline$vec{y}’$inline$. Следовательно показания акселерометра не изменятся и тогда положение будет не определено.

Тогда необходимо использовать ещё один фактор, по которому возможно будет сделать полноценную корректировку положения. Этим фактором является магнитное поле Земли, которое наряду с гравитацией в отдельной взятой точке планеты не меняются со временем (в краткосрочной перспективе конечно). Его измеряем при помощи вышеупомянутого датчика HMC5883l. В таком случае мы имеем два вектора, которых достаточно, чтобы относительно них определить положение в пространстве.

Теперь возникает закономерный вопрос – «как это сделать?». После неудачных попыток ответить на это вопрошание самостоятельно я полез в интернет, где нашёл нужную мне информацию. Задача определения ориентации в пространстве по данным трёх измерений (угловая скорость, вектор гравитации и вектор магнитного поля) встаёт также при проектировании любительских летательных аппаратов (например коптеры), поэтому эта задача не раз решалась различными методами. Один из популярных методов – это так называемый фильтр Маджвика (Sebastian O. H. Madgwick). Прочитав оригинальную статью и не поняв англицкого, я обратился к замечательному переводу (спасибо автору за проделанный труд). Пока углублялся в изучении статьи у меня всё чаще и чаще возникала мысль о том, чтобы всё-таки попробовать написать свой алгоритм фильтра определения положения, учитывая, что к этому моменту мой уровень познаний в этой области заметно повысился. Хотя бы ради интереса «изобрести велосипед»! И я его «изобрёл». Ниже привожу свои рассуждения.

В алгоритме используются показания все трёх датчиков. Напомню, задача алгоритма – вычисление ориентации объекта и компенсация дрейфа нуля гироскопа, учитывая данный пары акселерометра и магнитометра. В качестве математического инструмента, описывающего положение, используется кватернион, т.к. он удобен в плане построения и оптимизация алгоритма и требует меньше математических операций для его расчёта в отличие от матриц. Кватернион вращения в пространстве выглядит следующим образом:

$$display$$q=left[ q_1 q_2 q_3 q_4 right]$$display$$

Зная ось вращения, описанное нормированным вектором $inline$vec{v}=left[ v_x v_y v_z right]$inline$, и угол $inline$varphi$inline$ (откуда они берутся сказано выше) можно рассчитать кватернион:

$$display$$q_{v,varphi}=left[ cosleft( frac{varphi}{2} right) v_xsinleft( frac{varphi}{2} right) v_ysinleft( frac{varphi}{2} right) v_zsinleft( frac{varphi}{2} right) right]quad(*)$$display$$

Тогда, используя только показания гироскопа, на каждой итерации цикла будем рассчитывать текущее значение кватерниона по выражению:

$$display$$q_n^G=q_{n-1}q_{v,dvarphi}$$display$$

Здесь $inline$q_n^G$inline$ – кватернион в данный момент времени. Индекс G сверху говорит о том, что это значение относится к измеренному относительно показаний гироскопа, т.е. угловой скорости; $inline$q_{n-1}$inline$ – значение кватерниона в предыдущий момент времени; $inline$q_{v,dvarphi}$inline$ –изменение положение за один шаг измерений, можно сказать дискретное изменение положения на угол $inline$dvarphi$inline$ за $inline$dt$inline$ – период дискретизации, выраженное кватернионом вращения (*).

Следующий этап вычислений – нахождение матрицы поворота исходя из данных пары датчиков акселерометра и магнитометра. Конкретно, рассматриваем вектор гравитации и вектор индукции магнитного поля Земли, которые, как это было сказано выше, статичны относительно Земли и связанной с ней НСК. Здесь тезис такой: зная значения гравитации и индукции в базисе ЛСК и НСК можно рассчитать матрицу перехода (поворота) от НСК к ЛСК и кватернион вращения в пространстве.

Обозначим через $inline$vec{G}$inline$ нормированный начальный вектор гравитации. T$$display$$

Теперь формируется матрица $inline$M_0$inline$, которая характеризует начальной положение, т.е. НСК, поскольку в начальный момент времени ЛСК совпадает с НСК. Матрица получается из компонентов векторов $inline$vec{H}$inline$, $inline$vec{G}$inline$ и $inline$vec{K}$inline$:

$$display$$M_0=left[ vec{H} vec{G} vec{K} right]=left[ begin{array}{cccc} H_x&0&H_y\H_y&0&-H_x\H_z&1&0 end{array} right]$$display$$

Аналогично, но уже на каждой итерации цикла, создаётся подобная матрица $inline$M’=left[ vec{h} vec{g} vec{k} right]$inline$, где $inline$vec{h}$inline$ – текущий нормированный вектор магнитной индукции, $inline$vec{g}$inline$ – текущий нормированный вектор гравитации, $inline$vec{k} =vec{h}timesvec{g}$inline$. Эта матрица характеризует положение ЛСК, т.к. эти вектора известны в системе координат датчиков, которая совпадает с ЛСК. Тогда, зная обе матрицы, можно записать такое уравнение:

$$display$$E’M’=E_0M_0$$display$$

Оно связывает две матрицы, найденные при разных обстоятельствах. A$$display$$

В результате получаем кватернион, в котором находится актуальная информация о положении в пространстве устройства с модулем БИНС.

«Велосипед» поехал… Алгоритм работал, но в некоторых положениях вёл себя несколько не адекватно, что в принципе не мешало, но и не давало повода думать о нём положительно. Свой спортивный интерес я удовлетворил, и теперь можно обратиться к готовым решениям, более качественным. Тогда я вновь вернулся к статье Себастьяна Маджвика и решил использовать его алгоритм, благо, что этот замечательный человек опубликовал все исходники на сайте проекта. В архиве были исходный коды на разных языках, в том числе и на языке Matlab. Этот факт повлиял на моё решение отказать от идеи делать все вычисления на микроконтроллере (тем паче что он 8-ми битный) и писать программу уже на компьютере в среде Matlab. Микроконтроллер используется только для опрашивания датчиков и отсылку данных на ПК (похожая ситуация и с манипулятором). В таком случае основной программный код, который подвергается изменениям и отладке, базируется в среде Matlab, что весьма удобно в процессе работы.

Хорошо, ориентацию, заданную кватернионом, мы получили. Что дальше по плану? А далее следует нахождение линейных координат объекта по данным акселерометра. Что ж, здесь лучше просто констатировать, что невозможно с нужной точностью по акселерометру определить координаты. Даже хотя бы находить изменение положения, которое было бы адекватным! Конечно, были попытки решить эту задачу, но в режиме реального времени находить координаты не получалось. Почему? Потому, что двойное дискретное интегрирование зашумленных показаний датчика приводила только к полёту в стратосферу, причём с бешеной скоростью, но никак не к положительному результату. Поэтому обозначенный в начале пункта алгоритм я обрезал до момента нахождения ориентации, и на этом остановился.

3. Всё остальное

Итак, вот я подобрался к заключительному этапу проектирования, вдоволь наигравшись с манипулятором и навертевшись IMU-сенсором. Работая над двумя предыдущими этапами я уже чётко представлял, как всё будет работать и по какому алгоритму. Поэтому с этим этапом я расправился достаточно быстро. Поскольку известна только ориентация ладони, то работаем непосредственно с рабочим органом, который требуется соответственно ориентировать. РО может принять любое направление, если оно не нарушает рабочую зону (вращаться на все 360 не получиться).

В пункте про разработку манипулятора вектор РО задавался вручную, и уже после находились углы поворота приводов. Так вот, этот вектор и нужно определить исходя из ориентации ладони руки. Ориентацию можно выразить базисом $inline$E’$inline$, найдя его, конвертировав кватернион в матрицу. Базис состоит из вектор-столбцов его орт, следовательно получаем три вектора $inline$vec{x}’$inline$, $inline$vec{y}’$inline$ и $inline$vec{z}’$inline$. Будет удобным взять за ориентацию РО вектор $inline$vec{x}’$inline$, поскольку я предполагал такое начальное положение манипулятора, когда все звенья и РО расположены в плоскости XZ базовой системы координат, и РО в этот момент расположен горизонтально, т. е. вектор $inline$vec{v_0}$inline$ в начале сонаправлен с осью X БСК и НСК (начальное положение модуля БИНС располагаем так, чтобы НСК совпадала БСК манипулятора). В таком случае первый столбец матрицы $inline$E’$inline$ приравниваем вектору $inline$vec{v_0}$inline$. После нормируем его по длине РО и получаем требуемый вектор относительно базовой системы координат манипулятора. Затем следуем последовательности расчёта обобщённых координат из п. 1.

Стоит заметить, что манипулятор, при изменении ориентации РО, способен выполнить перемещение в двух режимах: первый – когда фланцевая точка неподвижна, второй – когда неподвижна конечная точка РО, но соблюдается его ориентация. Второй режим вызывает больше интереса, т.к. даже в отсутствии линейного перемещения всё равно задействованы все оси вращения для перемещения фланцевой точки, одновременно соблюдая ориентацию РО. Впрочем, переход от первого режима ко второму происходит с добавлением всего лишь одной операции вычитания векторов для нахождения вектора $inline$vec{r}$inline$(см. п. 1).

Все выше описанные операции также программировались в среде Matlab. В общих чертах структура программы следующая:

  1. Калибровка при запуске. Устанавливаем всё хозяйство в исходное положение и не смея прикасаться калибруем модуль БИНС по некоторому количеству сырых данных с него. Калибровка необходима, поскольку нужно убрать начальное смещение, которое выдавал фильтр (я не стал разбираться почему, и так работало прекрасно).
  2. Начало скрипта. Инициализируем все библиотеки и переменные, задаёмся начальным положение фланцевой или конечной точки РО.
  3. Запуск цикла. На каждой итерации опрашиваем датчики, находим кватернион, переводим его в матрицу, которая есть базис $inline$E’$inline$, он же базис, в котором расположен РО. Первый столбец принимаем за ориентацию РО и находим все обобщенные координаты, используя математические соображения из п. 1.
  4. Зная обобщенные координаты в прошлый момент времени и в настоящий, рассчитываем угловые скорости вращения осей.
  5. Отправляем пакет данных на микроконтроллер манипулятора.

Получилось конечно корявенько, но если приглянуться, то можно увидеть положительный результат исследования. Эта работа, безусловно, не претендует на законченную и требует ещё много усилий для доработки, но только в том случае, если этому можно найти применение. Но конкретное применение я ещё не нашёл… Может кто подскажет?

Автор: albatron22

Источник

Научно-производственная фирма «Сосны» – Копирующий электромеханический манипулятор для работы в радиационно-защитных камерах

Посмотреть видеоролик

 

Электромеханический манипулятор копирующего типа предназначен для работы в защитной камере, которая входит в состав установки рубки ОТВС ВВЭР-1000 в Опытно-демонстрационном центре (ОДЦ) ФГУП «ГХК».

В процессе работы установки рубки в камеру поступают измельченные фрагменты ОТВС, которые проходят через вибросито, а затем передаются на дальнейшие операции по переработке ОЯТ. Крупные фрагменты, не прошедшие через сито, с помощью манипулятора возвращаются в зону рубки на повторное измельчение. Захват фрагмента производится оператором в ручном режиме с помощью задающего устройства или кнопок на пульте управления. Перемещение руки в зону рубки и возвращение в исходное положение может выполняться как в ручном режиме, так и в автоматическом по заданной программе.

Особенности конструкции разработанного манипулятора связаны со сложной формой и ограниченным объемом защитной камеры. За основу была взята кинематическая схема, содержащая систему вложенных валов с проходными понижающими редукторами волнового типа. Это позволило существенно повысить точность позиционирования схвата манипулятора, сохранив его высокую нагрузочную способность.

Все электромеханические приводы, отвечающие за движения руки, вынесены за пределы камеры. Это обеспечивает их защиту от воздействия ионизирующих излучений и облегчает доступ к ним при ремонте и настройке.

Электромеханическая рука манипулятора имеет шесть степеней свободы. Вращательные движения во всех суставах руки создаются отдельными электрическими приводами и передаются через приводные валы, каскады конических зубчатых колес и волновые редукторы. Рабочим органом руки является схват. Отдельные двигатели отвечают за вращение схвата, его движение в вертикальном направлении, а также сведение и разведение губок.

 

 

Система управления (СУ) обеспечивает контроль и управление манипулятором в ручном и автоматическом режимах. Ручной режим позволяет перемещать каждый сустав манипулятора по отдельности в различных направлениях. Автоматический режим позволяет перемещать несколько суставов одновременно по заданным траекториям.

Функции СУ включают:

  • получение, отображение, контроль, регистрацию данных о состоянии манипулятора и компонентов СУ;
  • диагностирование манипулятора и компонентов СУ;
  • ввод и обработку команд оператора;
  • расчет траекторий движений рабочего органа манипулятора;
  • контроль столкновений манипулятора с объектами и со стенками защитной камеры;
  • контроль и ограничение скоростей и ускорений двигателей манипулятора.

Управление манипулятором осуществляется дистанционно с пульта управления, расположенного в операторском помещении. Интерфейс оператора включает задающее устройство и сенсорную панель, с помощью которых могут быть выбраны следующие варианты перемещения руки манипулятора:

  • посуставное;
  • вдоль координатных осей X, Y, Z;
  • по заранее заданной траектории;
  • по новой расчетной траектории;
  • по траектории задающего устройства.

Ручное управление манипулятором реализовано следующими способами:

1) с помощью задающего устройства;

2) с помощью сенсорной панели. На панели можно выбрать один из вариантов – посуставное управление, которое предполагает задание положения каждого из шести суставов руки с помощью управляющих кнопок, либо управление перемещением схвата манипулятора вдоль координатных осей X, Y, Z внутри виртуальной модели камеры с контролем столкновений.

В автоматическом режиме работы реализована возможность перемещения схвата манипулятора по одной из заранее заданных траекторий, в том числе автоматическое возвращение рабочего органа в исходное положение. В этом случае также осуществляется контроль столкновений со стенками камеры.

Программное обеспечение системы управления разработано специалистами Научно-производственной фирмы «Сосны».

 

 

Технические характеристики копирующего манипулятора:

Внутренние размеры обслуживаемого помещения (ДхШхВ)  940х750х1100 мм 
Рабочая среда   воздух 
Мощность дозы гамма-излучения в зоне работы руки   не более 2,5·104 рад/ч 
Грузоподъемность на максимальном вылете руки  10 кг 
Количество осей / степеней свободы 
Ход по оси А1  200 мм 
Угол вращения по оси А2  360 градусов 
Угол вращения по оси А3  ±110 градусов 
Угол вращения по оси А4  360 градусов 
Угол вращения по оси А5  360 градусов 
Угол вращения по оси А6  360 градусов 
Раскрытие губок схвата  80 мм 
Время автоматического перемещения фрагментов  не более 30 с 
Погрешность позиционирования манипулятора  ± 5 мм 
Масса манипулятора  700 кг 

 

 

 

Элементы манипулятора, которые находятся в контакте с радиоактивной средой, изготовлены из коррозионно-стойкой стали и предусматривают возможность дезактивации. Для защиты от попадания влаги и пыли во внутренние механизмы руки предусмотрены уплотнительные элементы.

Конструкция копирующего манипулятора может быть адаптирована для работы в защитных камерах любой конфигурации и для обращения с различными объектами.

 

 

 

Количество просмотров: 1033

ручной манипулятор изображение_Фото номер 501811797_JPG Формат изображения_ru.lovepik.com

Применимые группы Для личного использования Команда запуска Микропредприятие Среднее предприятие
Срок авторизации ПОСТОЯННАЯ ПОСТОЯННАЯ ПОСТОЯННАЯ ПОСТОЯННАЯ
Авторизация портрета ПОСТОЯННАЯ ПОСТОЯННАЯ ПОСТОЯННАЯ
Авторизованное соглашение Персональная авторизация Авторизация предприятия Авторизация предприятия Авторизация предприятия
Онлайн счет

Маркетинг в области СМИ

(Facebook, Twitter,Instagram, etc. )

личный Коммерческое использование

(Предел 20000 показов)

Цифровой медиа маркетинг

(SMS, Email,Online Advertising, E-books, etc.)

личный Коммерческое использование

(Предел 20000 показов)

Дизайн веб-страниц, мобильных и программных страниц

Разработка веб-приложений и приложений, разработка программного обеспечения и игровых приложений, H5, электронная коммерция и продукт

личный Коммерческое использование

(Предел 20000 показов)

Физическая продукция печатная продукция

Упаковка продуктов, книги и журналы, газеты, открытки, плакаты, брошюры, купоны и т. Д.

личный Коммерческое использование

(Печатный лимит 200 копий)

предел 5000 Копии Печать предел 20000 Копии Печать неограниченный Копии Печать

Маркетинг продуктов и бизнес-план

Предложение по проектированию сети, дизайну VI, маркетинговому планированию, PPT (не перепродажа) и т. Д.

личный Коммерческое использование

Маркетинг и показ наружной рекламы

Наружные рекламные щиты, реклама на автобусах, витрины, офисные здания, гостиницы, магазины, другие общественные места и т. Д.

личный Коммерческое использование

(Печатный лимит 200 копий)

Средства массовой информации

(CD, DVD, Movie, TV, Video, etc.)

личный Коммерческое использование

(Предел 20000 показов)

Перепродажа физического продукта

текстиль, чехлы для мобильных телефонов, поздравительные открытки, открытки, календари, чашки, футболки

Онлайн перепродажа

Мобильные обои, шаблоны дизайна, элементы дизайна, шаблоны PPT и использование наших проектов в качестве основного элемента для перепродажи.

Портрет Коммерческое использование

(Только для обучения и общения)

Портретно-чувствительное использование

(табачная, медицинская, фармацевтическая, косметическая и другие отрасли промышленности)

(Только для обучения и общения)

(Contact customer service to customize)

(Contact customer service to customize)

(Contact customer service to customize)

Вакуумный манипулятор ручной. Вакуумный подъемник

На производстве листового металла, стекла, каменных плит или дерева не обойтись без надежного помощника. Одним из самых необходимых устройств тогда становятся вакуумные манипуляторы ручные, способные поднимать вес до 2 тонн.

Зависимо от задач, которые стоят перед Вами, в нашем каталоге можно выбрать оптимальный вакуумный манипулятор. Тут числятся и простые подъемники с максимальной грузоподъемностью 125 кг, и «монстры» индустрии, способные манипулировать весом в 1500 кг.

Мы представляем на рынке Украины новое поколение вакуумных манипуляторов – бренды VacuMaster (Schmalz, Шмальц), Fipa (Фипа).

Принцип работы таких подъемников следующий: объект, требующий перемещения, захватывается манипулятором, поднимается в воздух, и транспортируется при помощи крана.

Данные подъемники отличаются от аналогов беспрецедентной надежностью. На каждый вакуумный манипулятор европейский производитель выдает официальную гарантию – три года. Это еще раз подтверждает качество товара.

Уникальность конструкции модульной системы позволяет интегрировать устройство практически на любое производство. Подъемник способен работать в любых условиях. Манипуляторы проходили многоступенчатый тест на прочность, и не раз доказывали свою «стойкость».

Отдельным преимуществом можно выдвинуть безопасность. В виду тотальной ориентации на европейские стандарты качества, манипулятор экологичен и удобен в работе с человеческим фактором. Например, при отключении питания устройство подает сигнал, специальный подвижный клапан предотвращает вариант не корректного использования манипулятора, а хорошо просматриваемый манометр облегчает труд оператора.

Наши вакуумные манипуляторы имеют небольшой собственный вес, благодаря чему могут легко транспортироваться на нужное место. Если Вас заинтересовал вакуумный подъемник, ознакомьтесь с его характеристиками на нашем сайте, и обязательно звоните! Наш профессионал-консультант ответит на все вопросы об интересующем товаре.

🛍 Высококачественный механический ручной манипулятор SCARA Robot, 4-осевой шаговый двигатель без контроллера 43592.

36₽

SCARA робот механический ручной манипулятор 4 оси шаговый двигатель в сборе

Характеристики: -Уже собран. -Мощность: 42 шагового двигателя для 4 осей -Конечная нагрузка: 2 кг -Вращение большой руки: 360 градусов -Вращение маленькой руки: 0-290 градусов -Вращение на запястье: 360 градусов + -Длина большой руки: 200 мм -Длина маленькой руки: 150 мм -Длина запястья: 0-150 мм -Материал: ПВХ пластик -Вес: 7,5 кг -Размер: 500*180*350 мм Д * Ш * В -Фотоэлектрический датчик переключателя для запястья: PM-K44 42 шагового двигателя параметры: -Модель: 42BYGh57-401A Два гибридных шагового двигателя -Максимальный ток привода: 1,5a -Напряжение привода: 24 В -Номер свинца: 4 -Угол поворота: 1,8 градусов -Температура поверхности: 80 Макс (номинальный ток) -Максимальный статический крутящий момент: 0.55N.M -Фазовое сопротивление: 1,6 Примечание:Только Механическая рама и шаговые двигатели, не включают систему управления. Посылка: -1 x Механическая рама робота с шаговыми двигателями

1) Мы принимаем Alipay, West Union, TT. Все основные кредитные карты принимаются через безопасный платежный процессор ESCROW.

2) Мы обработаем большинство заказов в течение 48 часов после подтверждения оплаты и предлагаем номер отслеживания с каждой сделкой (aliexpress можете заполнить номер отслеживания через 24 часа).

3) Поддержка доставки по всему миру. (За исключением некоторых стран и армейской почтовой службы/почтовых отделений флота).

4) DHL Fedex отслеживания не может быть изменен после того, как товар прибывает в Гонконг (например. Мы отправляем товар в пятницу и заполняем номер отслеживания, но номер отслеживания может быть изменен в понедельник, если посылка прибудет в Гонконг).

5) Время доставки определяется перевозчиком и не включает выходные и праздничные дни. Сроки доставки могут меняться, особенно во время курортного сезона.

6) Если вы не получили ваш груз в течение разумных дней с момента оплаты, пожалуйста, сначала свяжитесь с нами (пожалуйста, не ставьте негативные отзывы, прежде чем связаться с нами!). Мы отследим отправку и свяжемся с вами как можно скорее. Наша цель – удовлетворение клиентов!

1) мы поддерживаем высокие стандарты качества и стремимся к 100% удовлетворенности клиентов! Отзывы очень важны, мы просим Вас немедленно связаться с нами, прежде чем дать нам нейтральные или негативные отзывы, чтобы мы могли удовлетворительно решить ваши проблемы.

2) невозможно решить проблемы, если мы не знаем о них!

1) для российских покупателей, пожалуйста, укажите полное имя в соответствии с правилами.

2) для покупателя из Российской Федерации, Аргентины, Украины товар может быть отправлен через EMS, если вы выберете DHL Fedex в качестве сложного процесса таможенной декларации.

3) для покупателя из Бразилии, пожалуйста, предложите налог No, вы хотите отправить через DHL Fedex, или товар будет отправлен через EMS, хотя вы выбираете DHL.

Понимание ручного управления | Управление болью | Колледж-Парк, Мэриленд,

Мануальные манипуляции, также называемые мануальной терапией, представляют собой особую форму физиотерапии. Мануал происходит от латинского слова «manus», что означает руки. Эта этимология дает вам намек на то, что этот метод использует собственные руки вашего терапевта для управления вашим состоянием. Мануальные манипуляции лучше всего работают в качестве дополнения к традиционным методам физиотерапии.

 

Вот как это работает:

Что такое ручное управление?

Мануальные манипуляции — это особая форма физического лечения, часто используемая в сочетании с обычными методами физиотерапии.В то время как физиотерапия часто использует устройства, машины или другие методы, мануальные манипуляции в основном связаны с руками вашего терапевта. В Центре ухода Terrapin мы будем использовать наши руки, чтобы оказывать давление на ваши пораженные мышцы и ткани, а также манипулировать болезненными суставами в вашем теле.

Мануальные манипуляции в первую очередь предназначены для расслабления напряженных мышц и ограниченных суставов. Когда ваш физиотерапевт выполнит эту “практическую” технику, вы постепенно почувствуете уменьшение боли и увеличение диапазона движений.Это эффективный способ справиться как с острой, так и с хронической болью у людей с грыжами дисков, травмами вращательной манжеты плеча и другими заболеваниями опорно-двигательного аппарата.

Чем это отличается от массажной терапии?

Мануальные манипуляции и массаж могут показаться похожими. Однако между этими двумя методами есть разница. Мануальные манипуляции включают в себя использование квалифицированных практических маневров для выполнения мобилизации мягких тканей, миофасциального расслабления и многого другого. Цель состоит в том, чтобы оценить, диагностировать или даже лечить основные заболевания мышц или суставов.Его также можно использовать в качестве дополнительного лечения к другим вариантам лечения, особенно когда речь идет об увеличении диапазона движений и уменьшении боли.

Массажная терапия

, с другой стороны, направлена ​​на улучшение и поддержание общего самочувствия. Хотя он также может облегчить боль, вызванную заболеваниями, в основном он используется для уменьшения стресса и беспокойства. Это также способствует расслаблению, гибкости и улучшению кровообращения.

В Центре ухода Terrapin мы можем включить как мануальные манипуляции, так и массаж как часть вашего плана лечения.Чтобы узнать больше об этих методах и других эффективных способах обезболивания, свяжитесь с нами сегодня по телефону (301) 220-1930. Вы также можете заполнить нашу контактную форму, чтобы назначить встречу. Мы с гордостью обслуживаем жителей Силвер-Спринг, штат Мэриленд, и близлежащих населенных пунктов.

Безопасное и интуитивно понятное ручное управление роботом-манипулятором с использованием адаптивного управления допуском для повышения маневренности робота

Физическое взаимодействие человека и робота (pHRI) — актуальная тема в робототехнике.Футуристическое видение роботов, работающих вместе с людьми, неуклонно становится реальностью. В последние годы тенденция использования легких роботов и коботов для pHRI набирает силу, поскольку эти системы становятся более доступными. Новые подходы и методы, от механического проектирования до архитектур управления, были разработаны, чтобы гарантировать безопасное и надежное взаимодействие с людьми во многих областях, таких как сборка, автомобилестроение, медицина, реабилитация и другие [1], [2], [ 3], [4], [5], [6]. Тем не менее, количество уже развернутых традиционных промышленных роботов велико, и вместо того, чтобы заменять тысячи из них, большое значение и ценность имеет разработка новых алгоритмов управления для реализации приложений безопасного сотрудничества и сотрудничества человека и робота[1].

Гибкая робототехника относится к подходам, которые позволяют роботизированным системам быть гибкими и способными, что означает наличие способностей, необходимых для конкретной задачи. Достижение экономически жизнеспособной автоматизации для многокомпонентного мелкосерийного производства является одной из основных целей гибкой робототехники. Ручное управление – это метод pHRI, при котором пользователь напрямую контактирует с роботом и руководит им для выполнения задачи. Одним из наиболее распространенных применений является сквозное обучение программированию робота. Таким образом, ручное управление является полезной стратегией для достижения маневренности робота, поскольку его можно использовать для быстрого переназначения робота на несколько операций, предлагая более интуитивно понятный и менее трудоемкий подход к программированию робота, что традиционно выполнялось с помощью запатентованного обучения. подвески и программное обеспечение, требующие опыта в робототехнике и имеющие постепенный период ознакомления.При ручном управлении человек берет на себя роль руководителя задачи, а робот следует командам. Следовательно, основная проблема заключается в общении между человеком и роботом. Чтобы совместная работа была гладкой, человек должен иметь возможность максимально легко и интуитивно отдавать роботу необходимые действия. Это дает человеку лучшее восприятие контроля при выполнении задачи. В то же время робот должен иметь возможность адаптироваться к командам человека и возможным непредвиденным сценариям взаимодействия.Это большая проблема, которая до конца не решена. Во время взаимодействия могут возникнуть множественные кинематические ограничения, влияющие на безопасность и производительность, которые должны быть устранены своевременным и надлежащим ответом системы и с минимально возможной реконфигурацией для поддержания безопасного и плавного взаимодействия. Несмотря на то, что было опубликовано несколько решений реализации ручного наведения, в которых учитывались ограничения безопасности и интуитивно понятные интерфейсы[7], [8], [9], [10], [11], [12], задача предоставить полное решение, удовлетворяющее несколько ограничений одновременно остается.

Для обеспечения ручного управления взаимодействием обычно используются методы контроля соответствия. В нашей предыдущей работе [13] мы подробно описали классификацию стратегий соответствия и контроля силы, таких как контроль жесткости, контроль импеданса и контроль допуска [14], [15], [16]. Физические системы с взаимным контактным взаимодействием можно идентифицировать либо как адмиттанс, либо как импеданс. Традиционно среду можно описать как адмиттанс, т. е. систему, которая воспринимает входную силу и отвечает на нее соответствующим движением.При этом условии манипулятор обычно описывается как импеданс, то есть система, которая выдает силу в зависимости от входного движения[14]. Однако в контексте ручного управления манипулятор необходимо моделировать и контролировать как допуск. Это связано с тем, что сила генерируется человеком, и для поддержания физической совместимости манипулятор должен соответствовать вводу силы соответствующим движением. Учитывая преамбулу этих определений и цель взаимодействия с ручным управлением, мы признаем, что закон о контроле доступа необходим.

Преимущества использования контроллеров с переменным импедансом/адмиттансом по сравнению с фиксированными контроллерами были изучены и доказаны многими исследователями. В работах [17], [18], [19] было продемонстрировано, что контроллеры переменной проводимости имеют лучшую производительность и более стабильны в задачах взаимодействия человека и робота в своих экспериментах с совместными задачами человека и робота с использованием стратегий, которые переключают значения параметров между двумя константами. Duchaine и Gosselin [16] предложили настраивать параметр демпфирования полной проводимости при сохранении постоянного параметра инерции на основе измерений датчика силы/моментного момента (F/T), установленного на концевом эффекторе декартова робота с 3 степенями свободы.Силы и скорость изменения сил использовались для предсказания человеческих намерений. Lecours et al. [20] и Lebel et al. [21] предложили законы управления переменной проводимостью, которые регулируют параметры полной проводимости в зависимости от величины ускорения, а также структуру, позволяющую предвидеть и избегать множественных кинематических ограничений, соответственно. Их результаты улучшили производительность за счет сокращения времени выполнения и количества ошибок в совместных задачах. Однако роботизированные системы, используемые для проверки их алгоритмов, были в основном поступательными (системы с тремя или четырьмя степенями свободы), которым не хватает сложности соединения полного промышленного робота с 6 степенями свободы. Фикучелло и др. [8] объединили декартову модуляцию импеданса и разрешение избыточности, чтобы получить лучшую производительность при физическом взаимодействии человека и робота. Они пришли к выводу, что стратегия с переменным параметром настройки дает лучшие результаты, чем стратегия с постоянным импедансом, повышая воспринимаемый комфорт пользователя при ручном управлении и достигая благоприятного компромисса между временем выполнения и точностью. Лабрек и Госселин [10] представили архитектуру управления. где регулирование допуска обеспечивает плавный переход между двумя режимами взаимодействия, односторонним и двусторонним, для интуитивного и оптимального ответа с использованием робота с 7 степенями свободы, оснащенного двумя датчиками F/T.Этот подход улучшает производительность и стабильность pHRI; тем не менее, реализация и проверка исследуются на коллаборативном роботе и опираются на его преимущества, такие как присущая низкая инерция и определение крутящего момента в суставе. Кроме того, для традиционных промышленных роботов добавление вторичного датчика силы не всегда целесообразно и приведет к увеличению стоимости. Dimeas et al. [11] предложил онлайн-подход, который вычисляет виртуальные сдерживающие силы отталкивания на основе различных показателей производительности, чтобы избежать сингулярностей и добиться низких усилий в задачах взаимодействия человека и робота с использованием робота с 7 степенями свободы.

Вышеупомянутые работы имеют следующие общие характеристики и выводы:

Контроллеры с переменным импедансом/адмиттансом работают лучше, чем регуляторы с постоянными параметрами.

Наиболее распространенная стратегия настройки параметров полной проводимости заключается в изменении параметра демпфирования при сохранении постоянного параметра инерции.

В предыдущих работах были описаны некоторые рекомендации по выбору параметров проводимости, а совсем недавно [22] были представлены теоретические рекомендации по проектированию с использованием идеализированной жесткой модели с одной степенью свободы для стабильных регуляторов проводимости с низкой инерцией. Однако явные объяснения причин выбора и корректировки значений параметров с точки зрения реализации были определены только эвристическим путем на основе прошлого опыта или интуиции инженеров[23].

Цель этой статьи состоит в том, чтобы добиться онлайн-модификации соответствия робота при ручном управлении взаимодействием в соответствии с величиной и направлением внешних сил и крутящих моментов, приложенных к концевому эффектору промышленного робота с 6 степенями свободы, при соблюдении конкретных ограничений для безопасное и интуитивно понятное управление.Для этого мы предлагаем адаптивный закон допуска, который учитывает различные кинематические ограничения, основанные на безопасности, точности и комфорте при ручном управлении. В настоящей работе используется структура, ранее предложенная в [13], которая включает закон проводимости в контур управления. Кроме того, мы предоставляем более подробное представление об этапе настройки параметров, описывая причины выбора значений параметров для каждого рассматриваемого ограничения и способы одновременной обработки нескольких ограничений. Проведены экспериментальные сравнения различных стратегий настройки параметров, чтобы продемонстрировать соответствующую реакцию предложенного закона управления проводимостью на активацию ограничения и его превосходство над другими методами. Основные вклады этой работы включают:

Демонстрация возможности ручного управления с 6 степенями свободы для достижения маневренности робота с помощью традиционного промышленного робота безопасным и интуитивно понятным способом.

Достижение надлежащего поведения робота для различных задач, таких как точное движение или быстрое движение, с помощью единого алгоритма, который интуитивно зависит от силы, применяемой при взаимодействии человека и робота.

Предложение адаптивного закона для настройки параметров для одновременного удовлетворения трех критериев безопасности: предотвращение сингулярности, совместные ограничения и ограничения рабочего пространства, а также использование входной силы для настройки параметров в нормальной рабочей зоне.

Экспериментальное сравнение различных стратегий настройки параметров с промышленным роботом путем оценки точности и времени выполнения в качестве показателей производительности и вопросника для воспринимаемой производительности теста трехмерного отслеживания формы.

Эта статья организована следующим образом. Раздел 2 подробно описывает методологию и структуру предлагаемого закона адаптивного управления полной проводимостью, включая разработку, выбор и реализацию стратегии настройки параметра полной проводимости для каждого рассматриваемого ограничения и случая нормальной работы. В  Разделе 3 мы описываем соображения по настройке параметров и экспериментальной установке, а затем представляем тесты активации ограничения безопасности и тесты трехмерного отслеживания формы. В разделе 4 мы обсуждаем результаты предложенных экспериментов и их значение.Наконец, в разделе 5 подведены итоги работы.

Ручной микроманипулятор с джойстиком | Уорнер Инструментс

С помощью этого очень чувствительного механического микроманипулятора Джойстик возможно движение даже в микронном диапазоне. Этот микроманипулятор настолько стабилен и прочен, что может работать даже с пьезошаговыми двигателями. Джойстиковые микроманипуляторы обеспечивают перемещение щупов, которые являются прямыми редукциями скорости и направления движения руки.Под микроскопом кажется, что зонд движется прямо вместе с рукой. Его масса составляет примерно 950 граммов.

Типичными областями применения микроманипулятора с джойстиком являются размещение удерживающих пипеток, захват и удержание свободно подвижных клеток или манипулирование более крупными клетками. Джойстик управляет датчиком в направлениях X (датчик) и Y (горизонтально). Сокращение хода джойстика относительно руки можно регулировать от 1:15 до 1:150. Ход джойстика варьируется от 0.От 35 до 4 мм (от 0,014 до 0,16 дюйма) в зависимости от используемого передаточного числа редуктора.

Ось Z также имеет точное перемещение с передаточным отношением 1:10 по отношению к грубому перемещению. Это точное движение управляется дополнительной ручкой на оси Z, обеспечивающей перемещение на 3 мм (0,12 дюйма) за оборот. На оси Z имеется рычаг грубой регулировки, который позволяет оператору быстро поднимать наконечник инструмента для таких операций, как замена чашки Петри. Предустановленный упор гарантирует, что кончик инструмента вернется в предыдущую плоскость фокусировки при повторном опускании.Стопорный винт предотвращает непреднамеренное разрушение зонда при попадании в предметное стекло или чашку. Стопорный винт также предотвращает смещение микроманипулятора вниз, так что пипетку или электрод можно оставить в стабильном положении в течение длительного периода времени.

Держатель зонда можно наклонять до 90°. Этот микроманипулятор с джойстиком предлагается в версиях для правшей и левшей. Он также предлагается с монтажным зажимом для вертикального стержня с наружным диаметром 13 мм (1/2 дюйма) или с широким настольным зажимом, когда требуется особенно устойчивая установка.

Ручное управление манипуляторами: обнаружение и контроль преднамеренных контактов без датчиков силы

  • Osu R, Gomi H (1999) Механизмы регуляции многосуставных мышц, изученные с помощью измерения жесткости руки человека и сигналов ЭМГ.J Neurophysiol 81(4):1458–1468

    Статья Google ученый

  • Ficuciello F, Villani L, Siciliano B (2015) Управление переменным сопротивлением резервных манипуляторов для интуитивного физического взаимодействия человека и робота. Trans Robot 31(4):1–14

    Статья Google ученый

  • Беллаччини М., Ланари Л., Паолильо А., Вендиттелли М. (2014) Ручное управление роботами-гуманоидами без датчиков силы: предварительные эксперименты с NAO.В: Труды — Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации, стр. 1184–1189

  • Петернел Л., Цагаракис Н., Колдуэлл Д., Аджудани А. (2018) Адаптация робота к физической усталости человека при совместной манипуляции человека и робота. Auton Robots 42(5):1011–1021

    Статья Google ученый

  • Садегян Х., Виллани Л., Камранян З., Карами А. (2015) Визуальное сопровождение с безопасным взаимодействием с использованием моментов изображения. В: Международная конференция по интеллектуальным роботам и системам, стр. 5479–5485

  • Де Лука А., Маттоне Р. (2005) Бессенсорное обнаружение столкновений роботов и гибридное управление силой/движением.В: Материалы международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации, стр. 999–1004

  • Магрини Э., Флакко Ф., Де Лука А. (2014) Оценка контактных сил с использованием виртуального датчика силы. В: Международная конференция IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам, стр. 2126–2133

  • Магрини Э., Флакко Ф., Де Лука А. (2015) Управление обобщенным контактным движением и силой при физическом взаимодействии человека и робота. В: Материалы международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации, стр. 2298–2304

  • Фикучелло Ф., Романо А., Виллани Л., Сицилиано Б. (2014) Декартово управление импедансом резервных манипуляторов для совместной манипуляции человека и робота.В: Международная конференция IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам, стр. 2120–2125

  • Карами А., Кешмири М., Садегиан Х. (2015) Многозадачное управление многоконтактными манипуляторами во время случайных взаимодействий с телом робота. В: Международная конференция по робототехнике и мехатронике, стр. 463–468

  • Флакко Ф., Крегер Т., Де Лука А., Хатиб О. (2012) Космический подход к предотвращению столкновений человека и робота. В: Труды – Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации, стр. 338–345

  • Садегиан Х., Виллани Л., Кешмири М., Сицилиано Б. (2013) Управление роботами-манипуляторами в пространстве задач с соблюдением нулевого пространства.IEEE Trans Rob 30(2):493–506

    Статья Google ученый

  • Лука А. Де (2008) Визуальное обслуживание с использованием избыточности: экспериментальное исследование. В: Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации, стр. 3231–3237

  • Флакко Ф., Де Лука А. (2014) Подход с обратным приоритетом к многозадачному управлению резервными роботами. В: Международная конференция IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам, стр. 2421–2427

  • Фабрицио Ф., Де Лука А. (2017) Вычисление расстояния до динамических препятствий в реальном времени с помощью нескольких датчиков глубины.IEEE Robot Autom Lett 2(1):56–63

    Статья Google ученый

  • Флакко Ф., Де Лука А., Хатиб О. (2015) Управление избыточными роботами при жестких ограничениях соединения: насыщение в нулевом пространстве.IEEE Trans Robot 31(3):637–654

    Статья Google ученый

  • Карами А., Садегиан Х., Кешмири М., Ориоло Г. (2019) Управление силой, ориентацией и положением в резервных манипуляторах в приоритетной схеме с соблюдением нулевого пространства. Control Eng Pract 85:23–33

    Статья Google ученый

  • Карами А., Садегиан Х., Кешмири М., Ориоло Г. (2018) Иерархическое отслеживание управления задачами в избыточных манипуляторах с контролем соответствия в нулевом пространстве. Мехатроника 55:171–179

    Статья Google ученый

  • Мариотти Э., Магрини Э., Де Лука А. (2019) Управление допуском для взаимодействия человека и робота с использованием промышленного робота, оснащенного датчиком F/T. В: Международная конференция по робототехнике и автоматизации, стр. 6130–6136

  • Аджудани А., Цагаракис Н., Бикки А., Аджудани А., Цагаракис Н., Бикки А. (2012) Телеимпеданс: телеоперация с регулированием импеданса с использованием интерфейса тело-машина.Springer Tracts Adv Robot 110:19–31

    Статья Google ученый

  • Петернел Л., Цагаракис Н., Аджудани А. (2017) Подход к совместному манипулированию человеком и роботом, основанный на сенсомоторной информации человека. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 25(7):811–822

    Статья Google ученый

  • KUKA Sunrise.OS (2018) Руководство по эксплуатации и программированию для системных интеграторов. KUKA Roboter GmbH

  • Оценка усовершенствованной двуручной эндоскопической резекции с использованием настраиваемой системы манипуляторов, напечатанной на 3D-принтере, предназначенной для использования со стандартными эндоскопами: технико-экономическое обоснование с использованием модели ex-vivo свиньи

    .2021 июнь;9(6):E881-E887. doi: 10.1055/a-1395-7089. Epub 2021 27 мая.

    Принадлежности Расширять

    Принадлежности

    • 1 Отделение внутренних болезней I, Университетская клиника Ульма, Ульм, Германия.
    • 2 Факультет машиностроения, Институт микротехнологий и медицинских устройств (MIMED), Мюнхенский технический университет, Мюнхен, Германия.
    • 3 Исследовательская группа MITI, отделение общей и висцеральной хирургии, Мюнхенский технический университет, Мюнхен, Германия.
    • 4 Медицинская клиника и поликлиника II, Университетская клиника Вюрцбурга, Вюрцбург, Германия.
    Бесплатная статья ЧВК

    Элемент в буфере обмена

    Бенджамин Уолтер и соавт. Endosc Int Open. 2021 июнь.

    Бесплатная статья ЧВК Показать детали Показать варианты

    Показать варианты

    Формат АннотацияPubMedPMID

    .2021 июнь;9(6):E881-E887. doi: 10.1055/a-1395-7089. Epub 2021 27 мая.

    Принадлежности

    • 1 Отделение внутренних болезней I, Университетская клиника Ульма, Ульм, Германия.
    • 2 Факультет машиностроения, Институт микротехнологий и медицинских устройств (MIMED), Мюнхенский технический университет, Мюнхен, Германия.
    • 3 Исследовательская группа MITI, отделение общей и висцеральной хирургии, Мюнхенский технический университет, Мюнхен, Германия.
    • 4 Медицинская клиника и поликлиника II, Университетская клиника Вюрцбурга, Вюрцбург, Германия.

    Элемент в буфере обмена

    Полнотекстовые ссылки Параметры отображения цитирования

    Показать варианты

    Формат АннотацияPubMedPMID

    Абстрактный

    Предыстория и цели исследования Основным недостатком метода эндоскопической резекции единым блоком является невозможность выполнения бимануальных задач. Хотя эндоскопические платформы, которые позволяют выполнять бимануальные задачи, имеются в продаже, они не одобрены для использования в различных местах и ​​не могут быть адаптированы к конкретным пациентам и показаниям. Методы На основе эволюции концепции адаптивной платформы для 3D-печати варианты системы с различными характерными свойствами были оценены для сценариев ESD ex-vivo в двух местах в желудке и толстой кишке. Результаты В общей сложности было выполнено 28 ESD (7 антрального отдела, 7 тела в инверсии, 7 слепой кишки, 7 прямой кишки) в ex-vivo свиной установке.ОУР было возможно в 21 случае. Исследуемые варианты манипуляторов по-разному подходят для выполнения ПАЗ в различных сценариях вмешательства. Двуручные манипуляторы допускали автономный ESD, в то время как одноплечевые гибкие манипуляторы могли использоваться более универсально из-за их компактной конструкции, особенно для труднодоступных поражений. Педиатрические эндоскопы были слишком хрупкими, чтобы направлять манипуляторы с наружной трубкой в ​​очень наклонных положениях. Работа в прямой кишке нарушалась длинными руками-манипуляторами. Выводы Представленная эндоскопическая платформа, основанная на 3D-печатных и настраиваемых структурах манипулятора, может быть многообещающим подходом для будущего улучшения процедуры ESD. Что касается локализации, то особенно гибкие манипуляторы, прикрепленные к стандартным эндоскопам, кажутся наиболее перспективными для дальнейшего применения специфических и индивидуализированных манипуляторных систем.

    Авторы).Это статья с открытым доступом, опубликованная Thieme в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-NonDerivative-NonCommercial License, разрешающей копирование и воспроизведение при условии, что оригинальная работа указана надлежащим образом. Контент не может использоваться в коммерческих целях, а также адаптироваться, перерабатываться, трансформироваться или дополняться. (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

    Заявление о конфликте интересов

    Конкурирующие интересы Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Цифры

    Рисунок 1

    Двуручные манипуляторы.

    Рис. 2

    Однорукие манипуляторы.

    Рис.3

    Одноплечий с креплением за наконечником и с креплением на наконечнике…

    Рис. 3

    Однорукие манипуляторы, устанавливаемые за и на острие.

    Рис. 3

    Однорукие манипуляторы, устанавливаемые за и на острие.

    Рис. 4

    Сравнение стандартного ESD с усиленной внешней трубкой…

    Рис. 4

    Сравнение стандартной ESD, ESD с усиленной трубкой и резекции с установкой на кончике/за кончиком по скорости резекции.

    Рис. 4

    Сравнение стандартной ESD, ESD с усиленной трубкой и резекции с установкой на кончике/за кончиком по скорости резекции.

    Похожие статьи

    • Новая напечатанная на 3D-принтере система наружной трубки для эндоскопической диссекции подслизистого слоя: первые результаты рандомизированного исследования на модели свиньи.

      Зизер Э., Роппенекер Д., Хелмес Ф., Хафнер С., Кригер Ю., Лют Т., Майнинг А. Зизер Э. и др. Эндоскопия. 2016 авг; 48 (8): 762-5. doi: 10.1055/s-0042-104345. Epub 2016 18 марта. Эндоскопия. 2016. PMID: 269 Клиническое испытание.

    • Оценка долговременной стабильности монолитных конструкций роботов-манипуляторов, напечатанных на 3D-принтере, для малоинвазивной хирургии.

      Кригер Ю.С., Остлер Д., Ржепка К., Майнинг А., Фойснер Х., Вильгельм Д., Люет Т.К.Кригер Ю.С. и соавт. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2020 Окт;15(10):1693-1697. doi: 10.1007/s11548-020-02244-6. Epub 2020 13 августа. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2020. PMID: 32789728 Бесплатная статья ЧВК.

    • Новый гибкий роботизированный эндоскоп с управлением одной рукой: эндоскопическая диссекция подслизистого слоя в желудке свиньи ex vivo.

      Иваса Т., Накадате Р., Оноги С., Окамото Й., Арата Дж., Огури С., Огино Х., Ихара Э., Охучида К., Акахоши Т., Икеда Т., Огава Й., Хашизумэ М.Иваса Т. и др. Surg Endosc. 2018 июль; 32 (7): 3386-3392. doi: 10.1007/s00464-018-6188-y. Epub 2018 17 апр. Surg Endosc. 2018. PMID: 29667042

    • Обновление клинической практики Института AGA: эндоскопическая диссекция подслизистого слоя в США.

      Драганов П.В., Ван А.Ю., Отман М. О., Фуками Н. Драганов П.В. и соавт. Клин Гастроэнтерол Гепатол. 2019 Янв;17(1):16-25.е1. doi: 10.1016/j.cgh.2018.07.041. Epub 2018 2 августа. Клин Гастроэнтерол Гепатол. 2019. PMID: 30077787 Рассмотрение.

    • Колоректальная эндоскопическая подслизистая диссекция: настоящее состояние и перспективы на будущее, включая ее дифференциацию от эндоскопической резекции слизистой оболочки.

      Танака С., Ока С., Чаяма К. Танака С. и др. J Гастроэнтерол. 2008;43(9):641-51. дои: 10.1007/s00535-008-2223-4. Epub 2008, 20 сентября. J Гастроэнтерол. 2008. PMID: 18807125 Рассмотрение.

    использованная литература

      1. Пиментел-Нунес П. , Динис-Рибейро М., Пончон Т. и др. Эндоскопическая диссекция подслизистого слоя: Руководство Европейского общества желудочно-кишечной эндоскопии (ESGE). Эндоскопия. 2015; 47: 829–854.- пабмед
      1. Ким Э. Р., Чанг Д. К. Лечение осложнений колоректальной подслизистой диссекции. Клин Эндоск. 2019;52:114–119. – ЧВК – пабмед
      1. Де Челье А., Хассан С., Манджавиллано Б. и др.Эндоскопическая резекция слизистой оболочки и эндоскопическая диссекция подслизистой оболочки при колоректальных поражениях: систематический обзор. Crit Rev Oncol Hematol. 2016; 104: 138–155. – пабмед
      1. Ояма Т., Яхаги Н., Пончон Т. и др. Как проводить эндоскопическую диссекцию подслизистого слоя в западных странах.Мир J Гастроэнтерол. 2015;21:11209–11220. – ЧВК – пабмед
      1. Ояма Т. Контртракция облегчает эндоскопическую диссекцию подслизистого слоя.Клин Эндоск. 2012; 45: 375–378. – ЧВК – пабмед

    Показать все 15 ссылок

    LinkOut — больше ресурсов

    • Полнотекстовые источники

    • Материалы исследований

    • Разное

    Мануальные манипуляции – Центр MaxHealth

    Среди многих навыков мануального терапевта есть искусство манипуляций с позвоночником для облегчения боли и коррекции мышечного дисбаланса.Боли в спине и шее являются основными причинами, по которым люди пропускают работу и посещают врачей. Во многих из этих случаев мышечные напряжения или растяжения вызывают боль в спине, когда напряженные мышцы тянут позвонки, чтобы сдвинуть их с места. Это смещение или подвывих позвонков сдавливает связанные нервы, что приводит к боли и скованности. Целью мануального терапевта во время манипуляций на позвоночнике является перемещение позвонков в исходное положение и декомпрессия нервов, что останавливает боль.Манипуляции на позвоночнике предлагают консервативный и нехирургический подход к лечению, который одновременно облегчает симптомы дискомфорта и восстанавливает функцию.


    Манипуляционная терапия позвоночника очень эффективна

    Манипуляционная терапия позвоночника, которую также называют спинальной мануальной терапией или мануальной терапией, использует врожденную исцеляющую силу организма путем мягкого изменения положения и выравнивания тех позвонков, которые сместились. Он служит для облегчения боли, восстановления функции и поддержания гомеостаза.Процедура включает в себя направленные манипуляции с суставами и может быть дополнена массажем, физическими упражнениями и физиотерапией для уменьшения воспаления и облегчения повреждения нервов для улучшения комфорта и функционирования. С помощью манипуляций на позвоночнике можно лечить боль в спине, шее, плече и головную боль. В некоторых случаях также можно лечить другие расстройства, такие как менструальные боли и проблемы с носовыми пазухами.


    Essential Component Of Care

    В качестве основного компонента лечения как в западной, так и в традиционной азиатской медицине мануальная терапия позвоночника использовалась на протяжении тысячелетий и во многих частях мира.Фактически, свидетельства, найденные как в древнем китайском тексте из Китая 2700 г. до н.э. и греческий текст около 1500 г. до н.э. упомянуть манипуляции с позвоночником и ногами, чтобы облегчить боль в спине. В Соединенных Штатах доктор Дэниел Дэвид Палмер, которого считают «отцом» хиропрактики, первым разработал теорию о том, что болезни вызываются смещением позвоночника, которое блокирует передачу собственной исцеляющей силы организма через нервную систему, около конец девятнадцатого века. Его идеи и открытия сегодня составляют основу хиропрактики.

    Если у вас есть какие-либо вопросы о наших центрах Paradise, Rancho Oakey или Spring Valley или вы хотите узнать больше о хиропрактике в центре MaxHealth, позвоните нам.

    Подробная информация об ошибке IIS 8.5 — 404.11

    Ошибка HTTP 404.11 — не найдено

    Модуль фильтрации запросов настроен на отклонение запроса, содержащего двойную управляющую последовательность.

    Наиболее вероятные причины:
    • Запрос содержал двойную escape-последовательность, а фильтрация запросов настроена на веб-сервере для отклонения двойных escape-последовательностей.
    Что вы можете попробовать:
    • Проверьте параметр configuration/system.webServer/security/[email protected] в файле applicationhost.config или web.confg.
    Подробная информация об ошибке:
    Модуль RequestFilteringModule
    Уведомление Beadrequest
    Handler StaticFile
    код ошибки 0x00000000
    Запрошенный URL-адрес    https://abb. sluzba.cz:443/pages/public/omnicoreroboticsdocumentationrw7/for%20all%20products/safety%20information/en/3hac031045-001.pdf
    Физический путь    C:\www_root\abb_sluzba_czba\ public \ omnicoreroboticsdocumentationrw7 \ for% 20all% 20products \ Безопасность% 20информации \ en \ 3hac031045-001.pdf
    Метод входа еще не определен
    вход пользователя еще не определен
    Дополнительная информация:
    Это функция безопасности.Не изменяйте эту функцию, пока полностью не поняты масштабы изменения. Перед изменением этого значения следует выполнить трассировку сети, чтобы убедиться, что запрос не является вредоносным. Если сервер разрешает двойные управляющие последовательности, измените параметр configuration/system.webServer/security/[email protected] Это может быть вызвано искаженным URL-адресом, отправленным на сервер злоумышленником.

    Посмотреть дополнительную информацию »

    .