The actuators most used today in ha

The actuators most used today in haptic systems are
direct-current electrical motors. They are easy to install, quiet,
and relatively simple to control. However, their reduction
mechanisms can introduce backlash and high inertia, which are
undesirable in haptic applications. In this brief, we investigate
the use of electropneumatic actuators in a tele operation system.
Compared to the electrical actuators, pneumatic actuators
have higher force-to-mass ratio and can generate larger force
without any reduction mechanism. Moreover, they are inert to
magnetic fields, which is crucial in certain applications such
as robot-assisted surgery under magnetic resonance imaging
guidance [3], [4].
Due to the above advantages, pneumatic actuators have
been used in new applications, such as telerobotics, in recent
years. For instance, Tadano and Kawashima [5] propose a
forceps manipulator for a surgical master–slave system, which
estimates external forces without using any force sensor.
Pneumatic muscle actuators have been also recently used in
the tele operation system [6]. They are compact and have high
power/weight density, but they are difficult to control and
require an accurate experimental characterization.
All of the prior works used proportional servo valves
in pneumatically actuated systems because they allow the
achievement of high performances in various position or force
control tasks. However, they are typically expensive because
they require high-precision manufacturing. Therefore, in this
brief, fast-switching ON/OFF valves are used due to their
advantages in terms of low cost and small size. Thanks to
the breakthroughs in valve technology such as leak reduction,
miniaturized of mechanical elements, and fast electronic components;
the solenoid valves now are faster and more accurate
than the former valves. One of the objectives of this brief is to
show that good transparency in tele operation can be obtained
with these inexpensive components.
The traditional method for controlling a system with a
solenoid valve is pulse-width modulation (PWM) [7]–[9].
A main problem with PWM control is chattering, which is
caused by the high-frequency switching of the valve [10].
Chattering can drastically reduce the lifetime of the
valve and generate noises possibly disturbing for certain
applications.
To overcome the drawbacks of PWM-based control of
solenoid valves, this brief presents a new control method
inspired by the hybrid theory recently developed for asynchronous
and synchronous electrical motor control [11]–[13].
This approach is used in a switching-based hybrid system,
which includes continuous actuators and a discrete controller
with a finite number of states. In the case of alternating
current motor drives, contrary to conventional vector control
such as proportional-integral control in which the inverter model is not taken into account by the controller, hybrid
control considers the state of the inverter a control variable.Therefore, it allows obtaining faster torque dynamics than the
vector-control algorithm. Our contribution in this brief consists
of applying the previously developed hybrid algorithm to
the pneumatic master–slave system actuated by fast-switching
ON/OFF valves. The four-channel (4CH) bilateral tele operation
architecture is used in order to test the efficiency of the
proposed control laws. The reason for this is that the 4CH
method is the most general tele operation control architecture
compared to position error based, direct force reflection, and
shared compliance control methods and it can achieve superior
transparency [14], [15]. Finally, an analysis of the controller
parameters is carried out to achieve satisfactory performance
in terms of tele operation transparency.
For the sake of simplicity, the master and slave actuators
are considered to be identical in this brief. In the experiments,
the master and the slave are one-degree-of-freedom
(1-DOF) pneumatic manipulators. It should be noted that this
brief does not deal with the presence of time delay in the
communication channel of the tele operation system—for time
delay compensation in haptic tele operation, the readers may
refer to [16] and [17]. Such a delay is commonly presented in
remote teleoperation systems, but is generally not significant
in local teleoperation systems.
The structure of this brief is as follows. First, the modeling
of the pneumatic manipulator composed of a cylinder and four
solenoid valves is presented in Section II. Section III describes
the hybrid principle, which is implemented in a 4CH bilateral
control system. Section IV presents experimental results that
validate the proposed theories. Finally, concluding remarks
appear in Section V

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ตัวกระตุ้นที่ใช้มากที่สุดในวันนี้ระบบสัมผัสที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าโดยตรงปัจจุบัน
พวกเขาจะง่ายต่อการติดตั้งที่เงียบสงบและค่อนข้างง่ายที่จะควบคุม อย่างไรก็ตามการลดลงของพวกเขากลไกฟันเฟืองสามารถแนะนำและแรงเฉื่อยสูงซึ่งเป็นที่ไม่พึงประสงค์ในการใช้งานสัมผัส ในช่วงสั้น ๆ นี้เราจะตรวจสอบการใช้งานของตัวกระตุ้นelectropneumatic ในระบบการทำงานที่ไกล. เมื่อเทียบกับตัวกระตุ้นไฟฟ้ากระตุ้นนิวเมติกมีผลบังคับใช้ต่อมวลอัตราส่วนที่สูงขึ้นและสามารถสร้างแรงขนาดใหญ่โดยไม่ต้องลดกลไกใดๆ นอกจากนี้พวกเขาเฉื่อยไปสนามแม่เหล็กซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการใช้งานบางอย่างเช่นการผ่าตัดหุ่นยนต์ช่วยภายใต้การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กคำแนะนำ[3] [4]. เนื่องจากข้อได้เปรียบเหนือตัวกระตุ้นนิวเมติกได้ถูกนำมาใช้ในการใช้งานใหม่ ๆ เช่น เป็น telerobotics ในล่าสุดปี ยกตัวอย่างเช่น Tadano และชิม่า [5] เสนอหุ่นยนต์คีมสำหรับการผ่าตัดระบบmaster ทาสซึ่งประมาณการกองกำลังภายนอกโดยไม่ต้องใช้เซ็นเซอร์แรงใดๆ . กระตุ้นกล้ามเนื้อนิวเมติกได้ถูกนำมาใช้ในเร็ว ๆ นี้ระบบการทำงานไกลเมื่อ[6] พวกเขามีขนาดกะทัดรัดและมีความสูงพลังงาน / ความหนาแน่นของน้ำหนัก แต่พวกเขาเป็นเรื่องยากที่จะควบคุมและต้องมีลักษณะการทดลองที่ถูกต้อง. ทั้งหมดของการทำงานก่อนที่ใช้วาล์วเซอร์โวสัดส่วนในระบบการกระตุ้นอัตโนมัติเพราะพวกเขาให้ความสำเร็จของการแสดงสูงในตำแหน่งต่างๆหรือบังคับงานควบคุม แต่พวกเขามักจะมีราคาแพงเพราะพวกเขาต้องการการผลิตมีความแม่นยำสูง ดังนั้นในช่วงสั้น ๆ อย่างรวดเร็วสลับเปิด / ปิดวาล์วถูกนำมาใช้เนื่องจากการของพวกเขาได้เปรียบในแง่ของค่าใช้จ่ายที่ต่ำและมีขนาดเล็ก ต้องขอบคุณความก้าวหน้าในเทคโนโลยีวาล์วเช่นการลดการรั่วไหลขนาดเล็กขององค์ประกอบกลและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อย่างรวดเร็ววาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าในขณะนี้ได้เร็วขึ้นและถูกต้องมากขึ้นกว่าในอดีตวาล์ว หนึ่งในวัตถุประสงค์ของสั้น ๆ นี้คือการแสดงให้เห็นว่าโปร่งใสที่ดีในการดำเนินงานระยะไกลสามารถรับได้ด้วยส่วนประกอบที่มีราคาไม่แพงเหล่านี้. วิธีการดั้งเดิมในการควบคุมระบบที่มีวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นชีพจรกว้าง (PWM) [7] - [9] . ปัญหาหลักที่มีการควบคุม PWM จะพูดเจื้อยแจ้วซึ่งเป็นที่เกิดจากการเปลี่ยนความถี่สูงของวาล์ว[10]. พูดเจื้อยแจ้วอย่างมากสามารถลดอายุการใช้งานของวาล์วและสร้างเสียงอาจรบกวนได้อย่างชัดเจนการใช้งาน. ที่จะเอาชนะข้อบกพร่องของ PWM ควบคุมชั่นของวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า, สั้น ๆ นี้นำเสนอวิธีการควบคุมใหม่แรงบันดาลใจจากทฤษฎีไฮบริดได้รับการพัฒนาเมื่อเร็วๆ นี้ไม่ตรงกันควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าและซิงโคร[11] -. [13] วิธีการนี้ถูกนำมาใช้ในการเปลี่ยนตามระบบไฮบริดซึ่งรวมถึงตัวกระตุ้นอย่างต่อเนื่องและตัวควบคุมที่ไม่ต่อเนื่องที่มีจำนวน จำกัด ของรัฐ ในกรณีของการสลับไดรฟ์มอเตอร์ปัจจุบันตรงกันข้ามกับการควบคุมเวกเตอร์แบบเดิมเช่นการควบคุมสัดส่วน-หนึ่งซึ่งรูปแบบอินเวอร์เตอร์ที่ไม่ได้นำมาพิจารณาโดยควบคุมไฮบริดควบคุมพิจารณาสถานะของอินเวอร์เตอร์ควบคุมvariable.Therefore จะช่วยให้ ได้รับการเปลี่ยนแปลงของแรงบิดที่เร็วกว่าขั้นตอนวิธีการควบคุมเวกเตอร์ ผลงานของเราในช่วงสั้น ๆ นี้ประกอบด้วยการใช้อัลกอริทึมไฮบริดได้รับการพัฒนาก่อนหน้านี้ระบบmaster ทาสลมทำงานโดยเร็วสลับเปิด/ ปิดวาล์ว สี่ช่อง (4CH) การดำเนินงานในระดับทวิภาคีไกลสถาปัตยกรรมที่ใช้ในการทดสอบประสิทธิภาพของกฎหมายควบคุมการเสนอ นี่คือเหตุผลที่ 4CH ที่วิธีการการดำเนินการไกลทั่วไปมากที่สุดสถาปัตยกรรมควบคุมเมื่อเทียบกับข้อผิดพลาดตำแหน่งตามแรงสะท้อนโดยตรงและที่ใช้ร่วมกันวิธีการควบคุมการปฏิบัติตามและมันจะประสบความสำเร็จที่เหนือกว่าความโปร่งใส[14], [15] ในที่สุดการวิเคราะห์ของตัวควบคุมที่พารามิเตอร์จะดำเนินการเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพที่น่าพอใจในแง่ของการดำเนินงานที่โปร่งใสไกล. เพื่อประโยชน์ของความเรียบง่ายของตัวกระตุ้นหลักและทาสจะถือว่าเป็นเหมือนกันในช่วงสั้น ๆ นี้ ในการทดลองที่หลักและทาสเป็นหนึ่งองศาของเสรีภาพ(1 DOF) manipulators นิวเมติก มันควรจะตั้งข้อสังเกตว่าเรื่องนี้สั้น ๆ ไม่ได้จัดการกับการปรากฏตัวของการหน่วงเวลาในการที่ช่องทางการสื่อสารของการดำเนินการระยะไกลระบบเวลาความล่าช้าในการดำเนินการชดเชยไกลสัมผัสผู้อ่านพฤษภาคมอ้างถึง[16] และ [17] ความล่าช้าดังกล่าวจะถูกนำเสนอโดยทั่วไปในระบบ teleoperation ระยะไกล แต่โดยทั่วไปไม่อย่างมีนัยสำคัญในระบบการteleoperation ท้องถิ่น. โครงสร้างของสั้น ๆ นี้เป็นดังต่อไปนี้ ประการแรกการสร้างแบบจำลองของหุ่นยนต์ประกอบด้วยนิวเมติกกระบอกและสี่วาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าจะนำเสนอในส่วนII มาตรา III อธิบายหลักการไฮบริดซึ่งจะดำเนินการในระดับทวิภาคี4CH ระบบการควบคุม มาตรา IV นำเสนอผลการทดลองที่ตรวจสอบทฤษฎีที่นำเสนอ สุดท้ายคำพูดสุดท้ายที่ปรากฏในมาตรา V

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

actuators ส่วนใหญ่ใช้วันนี้ในระบบสัมผัสเป็นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
. พวกเขาจะติดตั้งง่าย , เงียบ ,
และค่อนข้างง่ายที่จะควบคุม อย่างไรก็ตาม กลไกการลด
ของพวกเขาสามารถแนะนำฟันเฟืองและความเฉื่อยสูงซึ่งเป็นที่ไม่พึงประสงค์ในงานสัมผัส
. ในสั้น , เราตรวจสอบ
ใช้ electropneumatic ตัวกระตุ้นในระบบปฏิบัติการเป็น Tele .
เมื่อเทียบกับหัวฉีดไฟฟ้า นิวเมติก ตัวกระตุ้น
มีแรงต่อมวลสูงและสามารถสร้างขนาดใหญ่แรง
โดยไม่ลดกลไก นอกจากนี้ พวกเขาจะเฉื่อย

สนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการเป็นหุ่นยนต์ช่วยผ่าตัดภายใต้

เรโซแนนซ์แม่เหล็กด้านการแนะแนว [ 3 ] บาง [ 4 ] .
เนื่องจากข้อได้เปรียบเหนือลม , actuators มี
ถูกใช้ในงานใหม่ เช่น telerobotics ในล่าสุด
ปี ตัวอย่าง ทาดาโน และ คาวา [ 5 ] เสนอ
คีมแบบราคาประหยัด และระบบต้นแบบสำหรับทาสซึ่ง
ประมาณการแรงภายนอก โดยไม่ต้องใช้แรงใด ๆ เซ็นเซอร์
ตัวกระตุ้นกล้ามเนื้อลมได้รับเมื่อเร็ว ๆ นี้ยังใช้ในงานระบบ Tele
[ 6 ] พวกเขามีขนาดกะทัดรัด และมีความหนาแน่นพลังงาน / น้ำหนักสูง
,แต่พวกเขาจะยากที่จะควบคุม และต้องมีการศึกษาทดลองที่ถูกต้อง
.
ทั้งหมดก่อนงานใช้สัดส่วนใน pneumatically กระตุ้นระบบวาล์ว servo

เพราะพวกเขาอนุญาตให้เรียนสูงสมรรถนะในตำแหน่งต่าง ๆหรือแรงงาน
ควบคุม อย่างไรก็ตาม , พวกเขามักจะแพงเนื่องจากการผลิต
พวกเขาต้องการความเที่ยงตรงสูง ดังนั้น ในนี้
สั้น