Концепция мехатронного устройства линейного перемещения для построения поверхностей сложной формы с возможностью измерения силы

Концепция мехатронного устройства линейного перемещения для построения поверхностей сложной формы с возможностью измерения силы

Белицкий Егор Сергеевич
Московский Государственный Технологический Университет «СТАНКИН» (МГТУ «СТАНКИН»), институт цифровых интеллектуальных систем, кафедра «Робототехника и Мехатроника», магистрант, 127055, Москва, Вадковский пер., 1, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Соловьев Михаил Александрович
Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова (МГМСУ), НИИ «ТЕХНОБИОМЕД», лаборатория медико-роботических цифровых технологий, м.н.с., 127473, Москва, ул. Делегатская, д. 20, стр. 1; МГТУ «СТАНКИН», институт цифровых интеллектуальных систем, кафедра «Робототехника и Мехатроника», аспирант, 127055, Москва, Вадковский пер., 1, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-7145-1958

Ковальский Владислав Михайлович
МГТУ «СТАНКИН», лаборатория линейно-угловых измерений, инженер, 127055, Москва, Вадковский пер.,1, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Воротников Андрей Александрович
МГТУ «СТАНКИН», институт цифровых интеллектуальных систем, кафедра «Робототехника и Мехатроника», преподаватель, 127055, Москва, Вадковский пер., 1, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-6371-8894

Кордонский Антон Юрьевич
к.м.н., НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, с.н.с. отделение неотложной нейрохирургии, врач-нейрохирург нейрохирургического отделения для лечения больных с сосудистыми заболеваниями головного мозга, 129090, Москва, Большая Сухаревская площадь, д. 3, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-5344-3970

Гринь Андрей Анатольевич
д.м.н., чл.-кор. РАН, НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, заведующий научным отделением неотложной нейрохирургии, 129090, Москва, Большая Сухаревская площадь, д. 3; МГМСУ, профессор кафедры нейрохирургии и нейрореанимации, 127473, Москва, ул. Делегатская, д. 20, стр. 1; Департамент здравоохранения города Москвы, главный нейрохирург, 127006, Москва, Оружейный переулок, д. 43, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0003-3515-8329

Подураев Юрий Викторович
д.т.н., МГМСУ, НИИ «ТЕХНОБИОМЕД», директор, 127473, Москва, ул. Делегатская, д. 20, стр. 1; МГТУ «СТАНКИН», институт цифровых интеллектуальных систем, кафедра «Робототехника и Мехатроника», профессор, 127055, Москва, Вадковский пер., 1, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-7585-6466

Материал поступил в редакцию 19 октября 2022 года.

Аннотация
В современном мире наблюдается тенденция к внедрению мехатроники во все большее количество областей науки и техники с целью решения комплексных задач по управлению функциональными движениями. Одной из таких задач является задача формирования поверхностей сложной формы. Данная задача актуальна во многих областях человеческой деятельности таких как: промышленность, искусство, разработка человеко-машинных интерфейсов. Однако, среди существующих решений нет таких, которые смогли бы обеспечить возможность формирования сложных поверхностей под воздействием нагрузки, при этом обеспечивая компактные масса-габаритные характеристики. Целью данной статьи является разработка концепции мехатронного устройства для задач построения поверхностей сложной формы с высокой точностью, возможностью осуществления позиционирования под большой осевой нагрузкой и измерения осевых сил, оказываемых объектами манипулирования. В статье производится выбор начальных параметров проектирования на основании анализа схожих по функционалу устройств. Далее проводится выбор компонентов, разработка компоновки функциональных компонентов, управляющей электроники, конструкции и реализации 3D-модели итогового устройства. Также описывается метод управления группой из полученных мехатронных устройств путем использования единой шины данных со специализированным протоколом.

Ключевые слова
Поверхности сложной формы, мехатронный модуль, линейное перемещение.

Благодарности
Исследование выполнено при поддержке Министерства здравоохранения Российской Федерации в рамках государственного контракта № 122040100007-3 от 1 апреля 2022 г.

DOI
10.31776/RTCJ.11201

Индекс УДК 
621

Библиографическое описание
Концепция мехатронного устройства линейного перемещения для построения поверхностей сложной формы с возможностью измерения силы / Е.C. Белицкий [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 11. - № 2. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2023. – С. 85-93. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Sinclair M. TouchMover: Actuated 3D Touchscreen with Haptic Feedback / M. Sinclair, M. Pahud, H. Benko // ACM Press the 2013 ACM international conference - (2013.10.06-2013.10.09) / United Kingdom. – St. Andrews, Scotland, 2013. – C. 287-296. – DOI: 10.1145/2512349.2512805 (дата обращения: 01.10.2022). – Text: electronic.
  2. Zeng T. Position control of a 3 DOF platform for haptic shape rendering / T. Zeng, B. Lemaire-Semail, F. Giraud // 15th International Power Electronics and Motion Control Conference / Serbia. – Novi Sad: IEEE, 2012. – C. 1-5. – DOI: 10.1109/EPEPEMC.2012.6397494 (дата обращения: 01.10.2022). – Text: electronic.
  3. Nakagaki K. TRANS-DOCK: Expanding the Interactivity of Pin-based Shape Displays by Docking Mechanical Transducers / K. Nakagaki, Y. Liu, C. Nelson-Arzuaga // TEI ’20 / NSW, Australia. – Sydney, 2020. – C.131-142. – DOI: 10.1145/3374920.3374933 (дата обращения: 01.10.2022). – Text: electronic.
  4. Mo A. A novel universal gripper based on meshed pin array / A. Mo, W. Zhang // International Journal of Advanced Robotic Systems. – 2019. – C. 1-12. – DOI: 10.1177/1729881419834781 (дата обращения: 01.10.2022). – Text: electronic.
  5. Brush Z. Design and control of a smart bed for pressure ulcer prevention / Z. Brush, A. Bowling, M. Tadros // IEEE/ASME (AIM) International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics / Wollongong, NSW, Australia. – Wollongong: IEEE, 2013. – C. 1033-1038. – DOI: 10.1109/AIM.2013.6584230 (дата обращения: 01.10.2022). – Text: electronic.
  6. Cikajlo I. Haptic Floor for Virtual Balance Training / I. Cikajlo, J. Oblak, Z. Matjaciс // World Haptics Conference 2011 / Turkey. – Istanbul, 2011. – C. 179-184. – DOI: 10.1109/WHC.2011.5945482 (дата обращения: 01.10.2022). – Text: electronic.
  7. Follmer inFORM: Dynamic Physical Affordances and Constraints through Shape and Object Actuation / S. Follmer, В. Leithinger, A. Olwal // ACM Press. – 2013. – C. 417-426. – DOI: 10.1145/2501988.2502032 (дата обращения: 01.10.2022). – Text: electronic.
  8. Siu shapeShift: 2D Spatial Manipulation and Self-Actuation of Tabletop Shape Displays for Tangible and Haptic Interaction / A. Siu, E. Gonzalez, S. Yuan // CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. – 2018. – (291). – C.1-13. – DOI: 10.1145/3173574.3173865 (дата обращения: 01.10.2022). – Text: electronic.
  9. Hardy ShapeClip: Towards Rapid Prototyping with Shape-Changing Displays for Designers / J. Hardy, C. Weichel, F. Taher // Non-Rigid Interaction Surfaces. – 2015. – C.19-28. – DOI: 10.1145/2702123.2702599 (дата обращения: 01.03.2022). – Text: electronic.
  10. Je Elevate: A Walkable Pin-Array for Large Shape-Changing Terrains / S. Je, H. Lim, K. Moon // CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. – 2021. – № 5. – C.1-11. – DOI: 10.1145/3411764.3445454 (дата обращения: 01.10.2022). – Text: electronic.

Полный текст статьи (pdf)