بررسی نظری و تجربی تاثیر جرم مجازی در پایداری ربات لامسه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

چکیده

ربات‌های لامسه‌ای برای شبیه‌سازی اجسام مجازی برای کاربران مورد استفاده قرار می‌گیرند. شبیه‌سازی دقیق اجسام در محیط مجازی سبب تقویت ارتباط کاربر با محیط مجازی می‌شود. در اکثر شبیه‌سازی‌های اجسام مجازی، اجسام را به صورت فنر و میراگر شبیه‌سازی می‌کنند. حال آنکه اگر جرم مجازی نیز در کنار فنر و میراگر مجازی برای اجسام مجازی در نظر گرفته شود، کاربرد ربات لامسه‌ای در شبیه‌سازی اجسام واقعی‌تر و متنوع‌تر افزایش می‌یابد. در این مقاله، برای شبیه‌سازی جسم مجازی، علاوه بر فنر و میراگر مجازی، جرم مجازی نیز در نظر گرفته شده است و تاثیر آن بر روی پایداری ربات لامسه‌ای بررسی شده است. در واقع معادلاتی بسته برای تعیین مرز پایداری با در نظر گرفتن جسم مجازی به صورت جرم، فنر و میراگر بدست آمده‌اند که در تاخیرهای زمانی مختلف با استفاده از شبیه‌سازی و نتایج تجربی صحه‌گذاری شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Mashayekhi A, Behbahani S, Nahvi A, Keshmiri M, Shakeri M. Analytical describing function of LuGre friction model. International Journal of Intelligent Robotics and Applications. 2022;6(3):437-48.
[2] Sallaberry LH, Tori R, Nunes FL. Automatic Performance Assessment in Three-dimensional Interactive Haptic Medical Simulators: A Systematic Review. ACM Computing Surveys. 2022;55(7):1-35.
[3] Mashayekhi A, Nahvi A, Yazdani M, Mohammadi Moghadam M, Arbabtafti M, Norouzi M. VirSense: A novel haptic device with fixed-base motors and a gravity compensation system. Industrial Robot: An International Journal. 2014;41(1):37-49.
[4] Hsu M-H, Chang Y-C. Haptic and Force Feedback Technology in Dental Education: A Bibliometric Analysis. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2023;20(2):1318.
[5] Kirginas S. Exploring Players’ Perceptions of the Haptic Feedback in Haptic Digitat Games. Journal of Digital Media & Interaction. 2022;5(13):7-22.
[6] Li M, Wu Z, Zhao C-G, Yuan H, Wang T, Xie J, et al. Facial Expressions-controlled Flight Game with Haptic Feedback for Stroke Rehabilitation: A Proof-of-Concept Study. IEEE Robotics and Automation Letters. 2022;7(3):6351-8.
[7] Gallace A. Haptic Interaction in Virtual Reality: Are We Ready for the Metaverse? Neuroscientific and Behavioral Considerations.  Handbook of Research on Implementing Digital Reality and Interactive Technologies to Achieve Society 50: IGI Global; 2022. p. 1-14.
[8] Wang Z, Wang S, Zuo S. A hand‐held device with 3‐DOF haptic feedback mechanism for microsurgery. The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 2019;15(5):e2025.
[9] Okada S, Okazaki Y, Kato Y, Ozawa J, Ando T, editors. Foot-Based 6-DOF Haptic Interface with Force Feedback Capability for Third Arm Manipulation. 2021 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC); 2021: IEEE.
[10] Lacki M, Rossa C, editors. On the feasibility of multi-degree-of-freedom haptic devices using passive actuators. 2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS); 2019: IEEE.
]11[ مشایخی ا، بهبهانی س، نحوی ع، کرمی ع، ارائه روش جدید ساده سازی دینامیک چند درجه آزادی ربات لامسه­ای و مطالعه دقت محدوده پایداری حاصله، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، 1401، ش 4.
[12] Dang QV, Vermeiren L, Dequidt A, Dambrine M, editors. Analyzing stability of haptic interface using linear matrix inequality approach. 2012 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO); 2012: IEEE.
[13] Hulin T, Albu-Schäffer A, Hirzinger G. Passivity and stability boundaries for haptic systems with time delay. IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2013;22(4):1297-309.
[14] Gil JJ, Avello A, Rubio A, Florez J. Stability analysis of a 1 dof haptic interface using the routh-hurwitz criterion. IEEE transactions on control systems technology. 2004;12(4):583-8.
[15] Gil JJ, Sánchez E, Hulin T, Preusche C, Hirzinger G. Stability boundary for haptic rendering: Influence of damping and delay. Journal of Computing and Information Science in Engineering. 2009;9(1).
[16] Hulin T, Gil JJ, Sánchez E, Preusche C, Hirzinger G, editors. Experimental stability analysis of a haptic system. Proceedings; 2006.
[17] Hulin T, Preusche C, Hirzinger G, editors. Stability boundary for haptic rendering: Influence of human operator. 2008 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems; 2008: IEEE.
[18] Abbott JJ, Okamura AM. Effects of position quantization and sampling rate on virtual-wall passivity. IEEE Transactions on Robotics. 2005;21(5):952-64.
[19] Diolaiti N, Niemeyer G, Barbagli F, Salisbury JK. Stability of haptic rendering: Discretization, quantization, time delay, and coulomb effects. IEEE Transactions on Robotics. 2006;22(2):256-68.
[20] Mashayekhi A, Boozarjomehry RB, Nahvi A, Meghdari A, Asgari P. Improved passivity criterion in haptic rendering: influence of Coulomb and viscous friction. Advanced Robotics. 2014;28(10):695-706.
[21] Mashayekhi A, Behbahani S, Ficuciello F, Siciliano B. Delay-dependent stability analysis in haptic rendering. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2020;97:33-45.
]22[ مشایخی ا، بهبهانی س، سیسلیانو ب، تابع لیاپانوف جدید برای پایداری ربات لامسه ای در شبیه سازی اجسام مجازی، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس، 1396، 367-374.
[23] Colonnese N, Okamura AM. M-Width: Stability, noise characterization, and accuracy of rendering virtual mass. The International Journal of Robotics Research. 2015;34(6):781-98.
[24] Eom KS, Suh IH, Yi B-J, editors. A design method of a haptic interface controller considering transparency and robust stability. Proceedings 2000 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2000)(Cat No 00CH37113); 2000: IEEE.
[25] Mashayekhi A, Behbahani S, Ficuciello F, Siciliano B. Analytical stability criterion in haptic rendering: The role of damping. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2018;23(2):596-603.
]26[ شاکری م، بهبهانی س، طراحی PID تنظیم خودکار فازی برای ربات لامسه­ای، بیست و پنجمین همایش بین المللی مهندسی مکانیک، 1396.
]27[ شاکری م، کشمیری م، بهبهانی س، تحلیل پایداری و بهبود شفافیت عملکرد ربات لامسه­ای، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1397.
[28] Gil JJ, Ugartemendia A, Díaz I, editors. Rendering Virtual Inertia in Haptic Interfaces: Analysis and Limitations. 2022 International Conference on Robotics and Automation (ICRA); 2022: IEEE.
[29] Desai I, Gupta A, Chakraborty D, editors. Virtual mass feedback for rendering stiff virtual springs. 2019 IEEE World Haptics Conference (WHC); 2019: IEEE.
[30] Chen D, Song A, Tian L, Ouyang Q, Xiong P. Development of a multidirectional controlled small-scale spherical MR actuator for haptic applications. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2019;24(4):1597-607.
[31] Nalam V, Lee H. Development of a two-axis robotic platform for the characterization of two-dimensional ankle mechanics. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2019;24(2):459-70.