如何定义一款优秀的力反馈设备?
一款优秀的力反馈设备能够做到:
操作者可以随意的自由运动,低驱动惯性和低摩擦,无动作限制,给客户真实的沉浸感。
本期为大家带来的品牌及产品介绍是来自ForceDimension的全系列触觉反馈装置。
ForceDimension公司依托瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL),成立于2001年,致力于高精度触觉再现技术创新。其研发制造有并联结构触力反馈主手Delta、Omega、Sigma、Lambda四大系列产品,在机器人、工业、航空航天、医疗和消费电子等领域方面获得国际认可。同时,与EPFL、StanfordUniversity以及瑞士设计中心等各国研发机构保持多年密切合作交流,服务全球触觉再现技术研究。
木木西里代理经营ForceDimension全系列触觉反馈装置,以顾问型销售模式,从用户利益角度提供专业建议和解决方案,与用户建立长期友好合作。服务科研,助力科技!
人有五感:触、视、听、嗅、味,触觉(力觉)是唯一具有双向传递信息能力的信息载体。通过应用力反馈设备,用户可以真实的按照人类的肢体语言与机器进行信息交互,获得和触摸实际物体时相同的运动感,即可以产生真实的沉浸感。
力触觉(Haptics)的感知是一种无所不在的对环境的感知能力,对于科研领域可以简单分为三大类:人类感知(生物神经)、机器感知(传感器)、计算机虚拟感知(数学建模)。
Tactile
接触区域的原始信息,如温度、颜色、纹理、刚度、形状、振动等,对于触觉感知,更多的是关注后四者。
图B:力反馈装置需要模拟出真实物体受力后产生反作用力的物理过程,这其中就包含采集人手的位置和着力信息,以及模拟出反作用力。
力反馈系统由用户、力反馈主手、机器人前段和计算机组成,力反馈在其中作为双向传递力信号的枢纽,一方面利用传感器测量客户的运动和位置,另一方面接受来自计算机和机器人前段的力学和运动信号,通过电机驱动等方式将力感反馈给用户,达到实时交互的效果。
围绕独特并联机构设计,使用氧化铝精细抛光运动连杆与框架,提供三自由度到七自由度模块化选型,并搭配不同末端执行器。
具有较大持续力,且持续时间足够稳定
使用力反馈设备操作机械臂进行持续性施力动作时,如组织穿刺、工件装持,完成一次动作均需要较长时间,稳定的施力是动作完成的基本条件。
合适的操作范围和机械自由度
主从手之间可以设置一定的位移和施力放大倍率,因而仅需考虑力反馈主手,让使用者能够在其活动范围内自由运动,自由度也是很关键的因素,如Omega.6为6in-3out。
较高的刚度,保证触力传递稳定性
力反馈设备的结构选择决定了其刚度和稳定性,Delta并联结构具有三角稳定性,刚度性能优越,持续力范围内变形非常小,使得操作更为准确。
低摩擦以及无多余振动
使用者直接接触力反馈主手,要获得更真实的触感,机械结构的摩擦、机械部件的重力、运动部件的振动等,需要具有十分严苛的补偿,直接体现为空载时的移动顺畅无阻力以及自动悬停。
合适的刷新频率以保证触感真实
类比于视觉,人眼感受到流畅的画面一般在24帧以上,低于24帧会产生卡顿感,而触觉则需要1K以上信息交互,即力反馈设备需达到1K以上刷新率,才能让使用者感受到流畅的触感。
符合人体工学设计和舒适性
从三自由度到七自由度多型号,可升级
4kHz高刷新速率,渲染逼真接触力
全空间准确的主动重力补偿,降低使用疲劳卓越的机械刚度与实时USB2.0控制结合
开放的FDSDK为多款设备编程提供支持
兼容Windows、Apple等多种操作系统
Omega.3球形末端力反馈
Omega.3搭载了精细纹理的球形末端执行器,这种独特的设计非常符合人体工程学,使得Omega.3成为机器人遥操作任务中追求灵巧性的优选力反馈设备,且具有很好地坚固性和简约美感。
此款触力反馈设备是Omega系列产品中的基础款,提供三自由度的触觉反馈,是具有较高性价比的入门级优质力反馈设备,随着研究内容深入,Omega.3两年内可升级至Omega.6和Omega.7。
技术参数
Omega.6通过引入符合人体工程学的高精度笔形末端执行器,六自由度的运动平衡设计、高精度的运动学控制接口、完全重力补偿的旋转感应延伸,可完美的执行医疗手术机器人、遥操作机器人等高级远程操控任务。
通过双工作站集成设置,可以实现Omega.6的双手操作,以应对更为复杂工作场景。可升级至Omega.7。
技术参数
在Omega.3和Omega.6的基础上扩充具有抓握机制的运动末端,满足人手自然运动的同时,能够提供第七轴抓取触力反馈,由此诞生了经典的、具通用性的Omega.7。
双手工作站集成下,Omega.7为医疗行业、航天航空、虚拟现实等领域赋予了极强的活力,灵巧的操作,成为完成安全操作任务的优选。
技术参数
相比于Omega系列产品,Sigma.7创新主动式手腕,搭配专用于高性能力反馈电机,提供高保真扭矩反馈,并很大提升操作空间、持续力。
颠覆性的性能提升,使得Sigma.7成为手术医疗、空间机器人、特种机器人、微纳米操纵、虚拟现实领域顶级触觉反馈研究的好助手。
技术参数
作为ForceDimension的新成员,该款产品专为OEM而设计,并引入了更为庞大的双工作站控制台。
相比于Sigma.7,具有同样高性能的同时,操作空间更大,并创新设计了位置锁定以及第七自由度的角度夹持,可灵活集成手术机器人系统。
技术参数
Delta系列产品能够提供三个自由度的触力反馈,且相比于其他系列产品具有更大的操作空间,基于ForceDimension一贯的三角并联机械结构,可在大操作空间内任意位置传递较大的持续力。
Delta.3是很早面向市场的一款力反馈设备,在虚拟仿真操作、主从机器人等领域率先获得市场认可,较大的操作空间和任意位置较大的持续力,给予用户大范围畅快的触觉反馈体验。
手术医疗
微创外科手术机器人
手术机器人作为现在医疗器械的代表,集现代高科技于一体。而现有RMIS系统的一个主要缺点是缺少力觉信息反馈,将力觉反馈应用于RMIS系统是一个活跃的研究课题,让机器人手术也能做到“手眼协调”。
远程手术机器人系统
微外手术机器人的延伸应用,结合无线通讯、互联网通讯等方式,实现跨越时间和空间,给于病患及时的治疗。这个过程,力触觉所能提供的临场感更为重要,极大地为手术治疗安全性提供保障。
康复治疗机器人
康复医学和机器人技术的完美结合,把机器人和计算机当作提高临床康复效率的新型治疗工具,在精细操作能力的恢复上,力触觉结合势在必行。
检疫机器人
传染性疾病诊断中,采样、送样等工作使用遥操作机器人,可以大大降低交叉感染。如用于新冠检测的咽拭子机器人。
特种遥控
空间技术、海洋探索、军事战争......特种机器人具有极为重要的现实意义和浓烈的人道主义色彩。
多领域迫切需要工作在危险或有害环境下的高级机器人,对应的机器人技术研究重点逐渐从全自主式向交互式发展,而临场感(Telepresence)是人-机-环境遥操作交互的核心。
微纳操控
广义的微纳操控涵盖毫米、微米、纳米级器件的力位测量与运动控制,受当前技术水平限制,很难实现宏观器械的操控水平,但其巨大的应用价值必然要求微纳操控往高实时性和交互式发展。
虚拟培训
沉浸式虚实交互,实现特殊领域的技能培训,如飞行模拟训练、手术练习等。
工业生产
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