Heptikus kísérleti berendezés tervezése és szabályozása
A heptikus technológia célja a valósághű tapintásérzet létrehozása a felhasználó számára különféle erők vagy mozgások közvetítése által. A heptikus rendszerekben a központi egység egy általában több szabadsági fokú szabályozott mechanikai rendszer, ami megteremti a fizikai kapcsolatot a virtuális környezet és a felhasználó között. Ezáltal a heptikus eszközök mechanikai tulajdonságainak ismerete feltétlenül szükséges.
A kereskedelmi forgalomban számos olyan berendezés található, amelyek alkalmasak heptikus kísérletekre. Ezek az eszközök jellemzően előre meghatározott munkatérrel és terhelhetőséggel rendelkeznek, amely tulajdonságokat a felhasználó nem tud módosítani. Célunk, hogy olyan egyszerű felépítésű berendezést készítsünk, amely megfelelően nagy munkaterű és terhelhetőségű, valamint pontosan ismert a szerkezeti felépítése.
A dolgozatban egy robotmechanizmus tervezését mutatjuk be, amely alkalmas heptikus kísérleti berendezésnek. A tervezés folyamán a mozgó alkatrészek tömegét és tehetetlenségi nyomatékát minimalizáljuk a megkívánt terhelhetőség megtartása mellett. Olyan technológiákat használunk a CAD modellek létrehozásánál, amelyek lehetővé teszik a berendezés alkatrészeinek helyi gyártását és nem igényelnek speciális berendezéseket.
A matematikai modellezés során a másodfajú Lagrange-egyenleteket használjuk fel a berendezés mozgását leíró differenciálegyenletek levezetésére. A mozgásegyenleteket a robotikában általánosan alkalmazott Denavit—Hartenberg-konvenciónak megfelelően is előállítjuk. A szükséges tehetetlenségi nyomatéki mátrixokat a tervezésnél használt CAD program segítségével határozzuk meg. A berendezésben található csapágyakat állítható előfeszítésűre tervezzük, így a rendszer holtjátékmentessé tehető, ezáltal jó közelítéssel a súrlódási viszonyokat viszkózus csillapítással jellemezhetjük.
A dinamikai modell birtokában a heptikus kísérletek területén megszokott módon egy merev fal szimulációját készítjük el. Megvizsgáljuk a szabályozott rendszer stabilitási tulajdonságait, amelyet nagymértékben befolyásolnak a vizsgált rendszer mechanikai paraméterei. A szabályozott mechanikai rendszer vizsgálatához, az eredmények ellenőrzéséhez különféle numerikus szimulációkat készítünk.
