Изменена: 2019-05-27
Аннотация
Исследование посвящено разработке структуры экзоскелета верхних конечностей для регистрации движений оператора при копирующем управлении.
Задачей исследования является разработка конструкторских решений в области регистрации текущих положений частей руки оператора при выполнении технологических операций формирования управляющих команд для точного их воспроизведения движениями звеньев антропоморфного манипулятора в реальном масштабе времени. Для разработанной структуры экзоскелета верхних конечностей описана схема деления изделия, приведено обоснование конструкции, схемы расположения кинематических пар, оснащенных датчиками угловых поворотов, и конструкции рычажной системы, дублирующей руку оператора, с ее метрическими параметрами. Для проверки работоспособности конструкции экзоскелета использовалась имитационная программа. Погрешность показаний углов поворота локтевого сустава экзоскелета в имитационной модели не превышает 3,4%, плечевого сустава – 5,2%. Представленная структура экзоскелета позволит регистрировать текущие положения частей руки оператора при выполнении технологических операций и формировать управляющие команды для точного их воспроизведения звеньями манипулятораКлючевые слова
Литература
1. H. L. Ren et al., “Hybrid Tele-Manipulation System Using a Sensorized 3-D-Printed Soft Robotic Gripper and a Soft Fabric-Based Haptic Glove,” IEEE Robot. Autom. Lett., vol. 2, no. 2, pp. 880–887, 2017.
2 P. Bharath Vamsi and V. Ragavendra Rao, “Design and fabrication of soft gripper using 3D printer,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 402, p. 012026, Sep. 2018.
3 L. Huang, T. Kawamura, and H. Yamada, “Master-Slave Control Method with Force Feedback for Grasping Soft Objects using a Teleoperation Construction Robot,” Int. J. Fluid Power, vol. 13, no. 2, pp. 41–49, Jan. 2012.
4 K. Matheus and A. M. Dollar, “Benchmarking grasping and manipulation: Properties of the Objects of Daily Living,” in 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2010, pp. 5020–5027.
5 W. Kim, H. Lee, D. Kim, J. Han, and C. Han, “Mechanical design of the Hanyang Exoskeleton Assistive Robot(HEXAR),” in 2014 14th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS 2014), 2014, pp. 479–484.
6 W. Kim, H. Kim, D. Lim, H. Moon, and C. Han, “Design and Kinematic Analysis of the Hanyang Exoskeleton Assistive Robot (HEXAR) for Human Synchronized Motion,” 2017, pp. 275–279.
7 B. Gao et al., “Embedded System-based a Portable Upper Limb Rehabilitation Robot,” in 2018 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), 2018, pp. 631–636.
8 D. Wang, Q. Meng, Q. Meng, X. Li, and H. Yu, “Design and Development of a Portable Exoskeleton for Hand Rehabilitation,” IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng., vol. 26, no. 12, pp. 2376–2386, Dec. 2018.
9 R. F. Natividad, S. W. Hong, T. M. Miller-Jackson, and C.-H. Yeow, “The Exosleeve: A Soft Robotic Exoskeleton for Assisting in Activities of Daily Living,” 2019, pp. 406–409.
[10] U. M. Morales, C. G. Mosquera, M. M. Sanchez, and H. W. Chamorro, “Upper Limb Exoskeleton Design and Implementation to Control a Robotic Arm,” in 2017 International Conference on Information Systems and Computer Science (INCISCOS), 2017, pp. 73–78.
11 R. Gopura, K. Kiguchi, Gopura and K. Kiguchi, “Mechanical designs of active upper-limb exoskeleton robots: State-of-the-art and design difficulties,” in 2009 IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics, 2009, pp. 178–187.
12 А. А. Богданов, Кутлубаев, И. М., А. Ф. Пермяков, и В. Б. Сычков, “Антропоморфный манипулятор,” RU 146 552 U1.
13 А. А. Богданов, И. Г. Жиденко, Д. В. Кияткин, Кутлубаев, И. Мухаметович, and А. Ф. Пермяков, “Копирующий манипулятор,” RU 135 956 U1.
14 А. П. Батрашкин, А. А. Богданов, М. Р. Иксанов, Кутлубаев, И. Мухаметович, and А. Ф. Пермяков, “Задающее устройство копирующего манипулятора,” RU 169 864 U1.
15 F. B. Tebueva, V. I. Petrenko, V. O. Antonov, and M. M. Gurchinsky, “The Method for Determining the Relative Positions of the Operator’s Arm for Master-Slave Teleoperation of Anthropomorphic Manipulator,” Int. Rev. Mech. Eng., vol. 12, no. 8, p. 694, Aug. 2018.
16 V. I. Petrenko, F. B. Tebueva, M. M. Gurchinsky, V. O. Antonov, and J. A. Shutova, “Solution of the dynamics inverse problem with the copying control of an anthropomorphic manipulator based on the predictive estimate of the operator’s hand movement using the updated Brown method,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 450, p. 042013, Nov. 2018.
17 В. И. Петренко, Ф. Б. Тебуева, В. О. Антонов, М. М. Гурчинский, and Е. Н. Ласкина, “Программный комплекс визуализации траектории движения антропоморфного трехзвенного манипулятора в объемном пространстве с препятствием.” : свид. 2018617979 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО СКФУ (RU). – № 2018615094; заявл. 21.05.2018; опубл. 05.07.2018, Реестр программ для ЭВМ., p. 1, 2018.
18 В. И. Петренко, Ф. Б. Тебуева, В. О. Антонов, and М. М. Гурчинский, “Программа для решения обратной задачи динамики на основе прогнозной оценки движения руки оператора.” свид. 2018666426 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО СКФУ (RU). – № 2018663795; заявл. 04.12.2018; опубл. 17.12.2018, Реестр программ для ЭВМ., p. 1, 2018.
19 В. И. Петренко, Ф. Б. Тебуева, В. О. Антонов, М. М. Гурчинский, and Д. Е. Пижевский, “Программа расчета оптимального значения обобщенных координат антропоморфного манипулятора по критерию энергопотребления, для перемещения эффектора в заданную точку.” : свид. 2018617980 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО СКФУ (RU). – № 2018615092; заявл. 21.05.2018; опубл. 05.07.2018, Реестр программ для ЭВМ., p. 1, 2018.
20 В. И. Петренко, Ф. Б. Тебуева, В. О. Антонов, М. М. Гурчинский, and А. С. Павлов, “Программа для расчета углов поворота руки оператора на основе обобщенных координат задающего устройства копирующего типа в реальном масштабе времени.” : свид. 2018619861 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО СКФУ (RU). – № 2018617423; заявл. 16.07.2018; опубл. 14.08.2018, Реестр программ для ЭВМ., p. 1, 2018.
21 В. И. Петренко, Ф. Б. Тебуева, В. О. Антонов, and М. М. Гурчинский, “Программа планирования траектории трехзвенного антропоморфного манипулятора на базе итеративной кусочно-линейной аппроксимации.” :свид. 2018617978 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО СКФУ (RU). – № 2018663795; заявл. 04.12.2018; опубл. 17.12.2018, Реестр программ для ЭВМ., p. 1, 2018.