Analytical Dynamic Analysis of a Kinesthetic Haptic Device

A hybrid-structured kinesthetic haptic device based on an R-CUBE mechanism and a serial spherical wrist mechanism is considered in this article. This device is designed to simulate pointtype contacts on the user. Hence, only three-dimensional forces are simulated to the user through the R-CUBE mechanism. This paper presents the quasi-static force analysis, gravity compensation calculations and dynamic analysis of the R-CUBE mechanism to serve for better understanding the capabilities of the mechanism and to be used in haptics controller development in the future studies. Making use of the derived dynamic equations, torque requirements from the actuators are examined for use in the haptic application scenarios.

Bir Kinestetik Haptik Cihazın Dinamik Analizi

Bu makalede R-CUBE mekanizması ve seri küresel bilek mekanizmasını temel alan bir hibrit-yapılı kinestetik haptik cihaz üzerinde durulmuştur. Cihaz noktasal teması kullanıcıya hissettirmesi için tasarlanmıştır. Dolayısı ile, sadece üç-boyutlu kuvvetler kullanıcıya R-CUBE mekanizması üzerinden iletilmiştir. Bu makale, mekanizmanın kabiliyetinin daha iyi anlaşılması ve ilerideki çalışmalarda haptik denetleyicisinde kullanılması için, RCUBE mekanizmasının yarı-statik kuvvet analizini, yerçekimi etkisi telafisi hesaplarını ve dinamik analizini sunmaktadır. Çıkarılan dinamik denklemler kullanılarak haptik uygulama senaryolarında gerekli eyleyici torkları incelenmiştir.

___

Clark, F. J., Horch, K. W., Bach, S. M., Larson, G. F. 1979. Contribution of Cutaneous and Joint Receptors to Static Knee-Position Sense in Man, Journal of Neurophysiology, 42(3), 877-888.

Hannford, B. and Okamura, A.M. 2008. Haptics. pp 719-735. Siciliano, B. and Khatib, O., ed. 2008. Springer Handbook of Robotics, SpringerVerlag, Germany, 1611p.

Adams, R. J., Hannaford, B. 1999. Stable Haptic Interaction with Virtual Environments, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 15, 465-473.

Guo, Shuxiang, Mingyang Qin, Nan Xiao, Yuan Wang, Weili Peng, and Xianqiang Bao. "High precise haptic device for the robotic catheter navigation system." In Mechatronics and Automation (ICMA), 2016 IEEE International Conference on, pp. 2524-2529. IEEE, 2016.

Parent, Q. U. E. N. T. I. N., and J. E. R. O. M. E. Perret. "Usability of a largescale force-feedback device in different immersive environments." In EuroVR Conference. 2016.

Guo, Shuxiang, Miao Yu, Yu Song, and Linshuai Zhang. "The virtual reality simulator-based catheter training system with haptic feedback." In Mechatronics and Automation (ICMA), 2017 IEEE International Conference on, pp. 922-926. IEEE, 2017.

Van der Linde, Richard Q., Piet Lammertse, Erwin Frederiksen, and B. Ruiter. "The HapticMaster, a new high-performance haptic interface." In Proc. Eurohaptics, pp. 1-5. 2002.

Arbuckle, Troy K., Manikantan Nambi, Jonathan E. Butner, William R. Provancher, and Jake J. Abbott. "Human velocity control of admittance-type robotic devices with scaled visual feedback of device motion." IEEE Transactions on Human-Machine Systems 46, no. 6 (2016): 859-868.

3D Systems Touch Haptic. https://www.3dsystems.com/hapti cs-devices/geomagic-touch (Accessed on 30.11.2017).

ForceDimension. http://www.forcedimension.com/ (Accessed on 30.11.2017).

Martin, S., Hillier, N. 2009. Characterisation of the Novint Falcon haptic device for application as a robot manipulator, Australasian Conference on Robotics and Automation, 2-4 December, Sidney, Australia, 291-292.

Li, W., Gao, F., Zhang, J. 2005. RCUBE, a Decoupled Parallel Manipulator only with Revolute Joints, Mechanism and Machine Theory, 40, 467-473.

Ergin, M. A., Satıcı, A. C., Patoğlu, V. 2011. Design Optimization, Impedance Control and Characterization of a Modified Delta Robot, IEEE International Conference on Mechatronics, 13-15 April, İstanbul, 2011, 737-742.

Abeywardena, Sajeeva, and Chao Chen. "Implementation and evaluation of a three-legged sixdegrees-of-freedom parallel mechanism as an impedance-type haptic device." IEEE/ASME Transactions on Mechatronics (2017).

Saafi, Houssem, Med Amine Laribi, and Said Zeghloul. "Redundantly actuated 3-RRR spherical parallel manipulator used as a haptic device: improving dexterity and eliminating singularity." Robotica 33, no. 5 (2015): 1113-1130.

Bilgincan, T., Dede, M.İ.C. 2010. Development of an R-CUBE Based General Purpose Haptic Device System, ASME 2010 10th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis, 12-14 July İstanbul, 675-682.

Dede, M.İ.C., Taner, B., Bilgincan, T. Ceccarelli M. 2014. Kinematic Analysis Validation and Calibration of a Haptic Interface, pp 375-381. M. Ceccarelli, V. Glazunov, ed. 2014. Advances on Theory and Practice of Robots and Manipulators Mechanisms and Machine Science, Volume 22, Springer, Dordrecht, Netherlands, 573p.

Boztaş, S., Taner, B., Karabulut, M.G., Dede, M.İ.C. 2014. Haptik Cihazlarda Yer Çekimi Telafisinin Kullanıcı Performansı Üzerindeki Etkileri, Türkiye Otomatik Kontrol Komitesi Toplantısı, 11-13 Eylül, Kocaeli, 361365.

Tan, H.Z., Srinivasan, M.A., Eberman, B., Cheng, B. 1994. Human factors for the Design of Force-Reflecting Haptic Interfaces, Dynamic Systems and Control, 55(1), 353-359.
Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi-Cover
  • ISSN: 1302-9304
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 1999
  • Yayıncı: Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

Andezitlerdeki Akma Bantlarının Makaslama Dayanım Parametrelerinin Statik ve Dinamik Koşullar Altında Belirlenmesi

Bayram KAHRAMAN, Ahmet Turan ARSLAN

Soğuk Metal Transfer (CMT) ve Darbeli Soğuk Metal Transfer (Darbeli CMT) Kaynak İşlemleri ile Birleştirilmiş AA5754 Alüminyum Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Karşılaştırmalı Olarak İncelenmesi

FATİH KAHRAMAN, Gökçe Mehmet GENÇER, COŞKUN YOLCU, Ayça DEMİRER KAHRAMAN, Mehmet Ege DİLBAZ

KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETON DAVRANIŞININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE BENZETİMİ

Cenk KARAKURT, Ahmet Ozan ÇELİK, Volkan KİRİÇÇİ, Ethem ÖZYAŞAR, Cem YILMAZER

Kaya Sınıflama Sistemlerinin Regresyon ve Sinir Ağları Tekniği İle İlişkilendirilmesi

İbrahim Ferid ÖGE

Betonarme Yapılarda Burkulması Önlenmiş Çelik Çapraz Elemanların Doğrusal Olmayan Davranışa Etkisi

BİLGE DORAN, ERKAN ŞENOL, İsmail KÖSE

Boyalı Suların Çitosan Koagülasyonu ile Arıtımında Box-Wilson İstatistiksel Tasarım Yönteminin Kullanılması

EZGİ OKTAV AKDEMİR

SOĞUK METAL TRANSFER (CMT) VE DARBELİ SOĞUK METAL TRANSFER (DARBELİ CMT) KAYNAK İŞLEMLERİ İLE BİRLEŞTİRİLMİŞ AA5754 ALÜMİNYUM ALAŞIMININ MİKROYAPI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN KARŞILAŞTIRMALI OLARAK İNCELENMESİ

Fatih KAHRAMAN, Gökçe Mehmet GENÇER, Coşkun YOLCU, Ayça Demirer KAHRAMAN, Mehmet Ege DİLBAZ

Manyetoreolojik Sıvı ile El Rehabilitasyon Cihazı Tasarımı ve Üretimi

AYSUN BALTACI, Hasan Aykut AYDIN, Özgen TONAY, BARIŞ OĞUZ GÜRSES, SERCAN SABANCI, MUSTAFA ERTEKİN, SEÇKİN ERDEN

BEYTİTEPE KİREÇTAŞI’NIN (BORNOVA FLİŞ ZONU) GÖKDERE ALANINDA (İZMİR, BATI TÜRKİYE) PLANKTONİK FORAMİNİFER BIYOSTRATİGRAFİSİ VE MİKROFASİYES ÖZELLİKLERİ

Bilal SARI

BANYO KOMPOZİSYONUNUN ELEKTROÇÖKTÜRME YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN NİKEL KAPLAMALARIN YAPISI VE ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ

Işıl BİRLİK, N. Funda Ak AZEM