مجله اینترنتی دیتاسرا
امروز شنبه ۲۸ مهر ۱۳۹۷

طراحی و ساخت رابط کاربری هپتیکی مبتنی ‌بر حرکات سر به منظور کمک به معلولین قطع نخاع گردنی

چکیده



افرادی با درجه معلولیت بالا نظیر بیماران قطع نخاع گردنی، برای انجام کارهای روزمره و رفع نیازهای خود تا حد زیادی به اطرافیانشان وابسته هستند و این موضوع کیفیت زندگی این افراد و اطرافیان آن‌ها را کاهش می‌دهد. فناوری‌هایی نظیر رباتیک می‌تواند با کمک به این افراد آن‌ها را تا حدودی در رفع نیازهای روزمره یاری دهد. اولین گام در طراحی ربات‌هایی که بتوانند به معلولین کمک نمایند، طراحی رابط کاربری است که بتواند فرمان‌های فرد معلول را دریافت کرده و آن‌ها را به ربات منتقل نماید. در این مقاله طراحی و ساخت یک رابط کاربری هپتیکی به‌منظور کمک به بیماران قطع نخاع گردنی ارائه شده است. در این رابط کاربری، حرکات سر کاربر توسط یک حسگر ژیروسکوپ اندازه‌گیری شده و به محیط کامپیوتری که بازوی رباتیک در آن شبیه‌سازی شده است، فرستاده می‌شود. در ادامه بازو با استفاده از این زوایا و طبق الگوی نوینی، کنترل می‌گردد. همچنین برای ایجاد بازخورد فیزیکی از محیط برای کاربر، یک واحد هپتیکی نیز طراحی و ساخته شده تا میزان سنگینی اشیاء گرفته شده توسط بازو و همچنین برخورد بازو با موانع برای کاربر به‌صورت فیزیکی، از طریق ایجاد گشتاور مقاوم در برابر حرکت سر، قابل‌درک باشد. برای ارزیابی عملکرد رابط کاربری هپتیکی، سه نوع آزمون طراحی و بر روی دو کاربر اجرا شده است. در آزمون تشخیص برخورد بازو با مانع 100 درصد آزمون‌ها، در آزمون تشخیص وزن اجسام سبک و سنگین 83 درصد و در آزمون تشخیص وزن اجسام سبک، متوسط و سنگین 72 درصد آزمون‌ها با موفقیت همراه بوده‌اند.


نمای مطلب

طراحی و ساخت رابط کاربری هپتیکی مبتنی ‌بر حرکات سر به منظور کمک به معلولین قطع نخاع گردنی



مقدمه



 افراد معلول با درجه بالای معلولیت مانند معلولین قطع نخاع گردنی طیف وسیعی از قابلیت‌ها و توانایی‌های فیزیکی خود را از دست می‌دهند و این امر موجب می‌شود تا زندگی این افراد با مشکلات و سختی‌های متعددی مواجه در برآوردن نیازهای ابتدایی خود نیز به اطرافیان وابسته شوند  اعضای خانواده این افراد نیز با مشکلات متعدد ناشی از معلولیت عضو خانواده خود دست به گریبان هستند  در این میان ظهور فناوری‌های جدیدی از جمله رباتیک نویدبخش آینده‌ای بهتر برای این افراد است‌  این افراد به کمک ربات‌های تعبیه‌شده در محیط زندگی قادر خواهند بود درصدی از نیازهای اولیه خود را برطرف کنند



 طراحی رابط کاربری نخستین گام در طراحی و ساخت یک سامانه رباتیکی برای افراد معلول است‌  یک فرد معلول جهت کنترل یک بازوی رباتیک به یک رابط کاربری نیاز دارد تا فرمان‌های او را دریافت کرده و با تحلیل آن‌ها قصد او را درک کند و متناسب با آن به کنترل بازوی رباتیک مطابق با میل کاربر بپردازد



 به‌طورکلی رابط‌های کاربری توسعه داده شده برای استفاده معلولان در تعامل با عضو مصنوعی به دو دسته تهاجمی و غیرتهاجمی تقسیم‌بندی می‌شوند  در رابط‌های کاربری تهاجمی‌  فرد مورد عمل جراحی قرار می‌گیرد تا با قرار دادن یک سری ادوات در بدن وی‌  امکان تعامل بهتر با  مصنوعی فراهم آید  در طرف مقابل در رابط‌های غیرتهاجمی‌  هیچ عمل جراحی روی فرد صورت نمی‌گیرد  در مجم رابط‌های کاربری غیرتهاجمی به دلیل سادگی در استفاده و عدم نیاز به عمل جراحی بیشتر مورد استقبال قرار گرفته‌اند



 مهم‌ترین رابط کاربری غیرتهاجمی مورد استفاده در اعضای مصنوعی‌  فرمان‌های کاربر را از طریق حسگرهای ا که سیگنال‌های الکتریکی حاصل از فعالیت ماهیچه‌های باقی‌مانده فرد معلول را احساس می‌کنند  دریافت کرده و از طریق آن به کنترل عضو مصنوعی می‌پردازند  ‌ ‌ ‌  این حسگرها با این‌که کنترلی طبیعی  ‌ذاتی‌  را برای فرد فراهم می‌کنند  اما مواردی مانند نیاز گسترده به پردازش سیگنال‌  تداخل با سایر سیگنال‌های زیستی‌  عدم امکان تولید سیگنال‌های  مجرد و تکرارپذیر توسط همه معلولین‌  خاصیت فیلترینگ بافت‌های بدن و عدم سهولت در نصب مکرر الکترودهای مربوطه از مشکلات مربوط به این نوع حسگرهاست  در این نوع رابط‌ها معمولا امکان کنترل چندین درجه آزادی به‌صورت هم‌زمان وجود ندارد  البته در جدیدترین تحقیقاتی که بر این ن سیگنال‌ها صورت گرفته سعی شده با ترکیب و پردازش اطلاعات مربوط به چندین ماهیچه و شناسایی تعامل بین آن‌ها که به سینرژی ماهیچه‌ها مشهور است‌  امکان کنترل طبیعی درجات آزادی بالاتر نیز برای کاربر فراهم شود     ‌



دیگر سیگنال‌های غیرتهاجمی که از آن‌ها برای طراحی رابط‌های کاربری استفاده می‌شود  سیگنال‌های هستند که انبوهی از فعالیت‌های الکتریکی رشته‌های عصبی مغز را از روی پوست سر اندازه‌گیری می‌کنند و با پردازش آن‌ها خواست حرکتی فرد را تشخیص می‌دهند  ‌و ‌  موانع اصلی در مسیر رابط‌های کاربری که از فناوری استفاده می‌کنند عبارت‌اند از: مدت زمان طولانی برای دوره‌های یادگیری نحوه به‌کارگیری پتانسیل‌های خاص مغز  نیاز به اتصال تعداد زیادی الکترود به سر  نرخ پایین انتقال داده‌ها به دلیل خاصیت فیلترینگ جمجمه‌  دقت کم فضایی‌  تغییر زیاد سیگنال‌های مغز به دلیل تغییر در فعالیت پس‌زمینه و فرآیندهای یادگیری  امروزه تحقیقات در زمینه رابط‌های کاربری مغز و رایانه‌  روی بسط سامانه‌های کاربردی و عملی بیرون از محیط آزمایشگاه و توسط کاربر نهایی متمرکز شده است  ‌ ‌ ‌



 ی دیگری از رابط‌های کاربری نیز وجود دارند که به رابط‌های کاربری موازی مشهور است و در آن‌ها از فعالیت بخش کاملا متفاوتی از بدن برای کنترل عضو مصنوعی و به‌طور کلی ماشین استفاده می‌شود  از جمله این رابط‌ها می‌توان به رابط‌های کاربری مبتغی‌بر حرکت چشم  ‌اشاره کرد  از حرکت سر نیز به‌عنوان یک رابط کاربری موازی یاد می‌شود که تاکنون از آن برای کنترل ویلچر  ‌  اسکلت خارجی کمکی  ‌  ‌  و کار با ابزارهای رایانه  ‌ ‌ ‌ ‌و ‌  و عمومآ برای استفاده معلولانی با درجه بالای معلولیت مانند قطع نخاع استفاده شده است‌  در پروژه حاضر از حرکت سر به‌عنوان منبع فرمان برای طراحی رابط کاربری استفاده شده است‌  حرکات سر انسان دقیق‌  اختیاری و دارای دامنه حرکتی نسبتآ خوبی که این ویژگی‌ها برای استفاده در رابط کاربری ضروری است‌  حرکات سر تا حد زیادی مستقل از سایر حرکات بدن بوده و اندازه‌گیری آن به‌راحتی و با هزینه اندک امکان‌پذیر است‌  علاوه‌بر این‌ها این نوع از منبع فرمان را می‌توان برای طیف وسیعی از معلولین با درجه بالای معلولیت مورد استفاده قرار داد و برخلاف بسیاری از رابط‌های کاربری موجود که به مهم‌ترین آن‌ها اشاره شد  رابط‌های کاربری مبتنی‌بر حرکت سر به هیچ‌وجه به پردازش سیگنال گسترده نیازی ندارند و این مسئله موجب ساده‌تر شدن رویه طراحی و ساخت این رابط‌ها خواهد شد  در این مقاله جهت نگاشت حرکات بببر به حرکات مفاصل بازوی رباتیکی از الگویی ابتکاری و جدید استفاده شده است که کاربر می‌تواند به کمک آن به نحو کارآمدی به کنترل بازوی رباتیکی شبیه‌سازی شده بپردازد



 معلولین قطع نخاع گردنی علاوه‌بر از دست دادن توانایی‌های عملیاتی خود  رابطه حسی خود را نیز با محیط اطراف تا حد زیادی از دست می‌دهند و همین عامل توانایی برقراری ارتباط آن‌ها با محیط اطراف را به شدت محدود می‌کند  این محدودیت سبب می‌شود که یک فرد معلول اگر به واسطه یک بازوی رباتیکی قادر به برداشتن جسمی هم شود  بازهم از درک سنگینی آن جسم ناتوان هستند  هدف دیگر پروژه حاضر طراحی و ساخت سامانه‌ای است که بتواند تا حدودی توانایی دریافت بازخورد حسی از محیط اطراف را به فرد معلول بازگرداند



 به ابزارهایی که به هر نحوی حسن لامسه را برای کاربر شبیه‌سازی می‌کنند ابزارهای هپتیکی گفته می‌شود  از ابزارهای هپتیکی تاکنون در صنایع و رشته‌های مختلف استفاده شده است‌  برای نمونه در پزشکی ابزارهای هپتیکی مختلفی جهت توان‌بخشی افراد آسیب‌دیده  آموزش جراحی‌های پیچیده  کمک به بیماران قطلع نخاعی برای استفاده بهینه از ویلچر  ‌ربات‌های جراحی از راه دور  ‌و ‌  و تشخیص سرطان بافت نرم  استفاده شده است‌  بنا بر تعریف صورت گرفته برای ابزارهای هپتیکی می‌توان به سامانه مورد نظر صفت هپتیکی داد و از آن‌جایی‌که این سامانه متشکل از یک گردن‌بند و یک کتف‌بند می‌شود  آن را به‌طور خلاصه گردن‌بند هپتیکی نام‌گذاری کرد  در این تحقیق برای نخستین بار برای معلولین قطع نخاع گردنی‌  رابط کاربری هپتیکی طراح و ساخته شد که منبع فرمان آن حرکات سر کاربر است‌  در بیشتر کارهای پیشین  ‌ص‌ ‌  تنها بر مقایسه حرکات سر با سایر انواع منابع فرمان تمرکز شده و ایجاد بازخورد فیزیکی از جنس نیرو برای معلولین قطع نخاع گردنی تاکنون انجام نشده وارد کند و در برابر حرکات سر گشتاور مقاوم تولید کند  از آن‌جایی‌که کاربر به کمک حرکات سر خود به بازوی رباتیک شبیه‌سازی شده فرمان می‌دهد  از این گشتاور مقاوم برای شبیه‌سازی میزان سنگینی اجسام بلند شده توسط بازوی رباتیکی استفاده می‌شود  به این ترتیب در این رابط کاربری‌  برای کاربر بازخورد نیرویی از محیط ایجاد شده است که به او در درک بهتر تعاملات سامانه رباتیکی با محیط اطراف کمک می‌کند  همچنین می‌توان از این گردن‌بند برای ایجاد بازخورد نیرویی برای کاربر در مواقعی که بازو با مانع برخورد کرده است استفاده کرد  در بخش‌های بعدی روند طراحی‌  مدل‌سازی و ساخت رابط کاربری و همچنین آزمون‌هایی اجرا شده برای ارزیابی عملکرد رابط کاربری هپتیکی ارائه خواهد شد



طراحی

 در طراحی رابط کاربری مورد نظر سعی شده است تا رابطی طراحی شود که علاوه‌بر کارایی بالا دارای وزن و ابعاد کم باشد و به‌راحتی بتوان آن را به فرد معلول متصل و یا جدا کرد  در مجموع رابط کاربری مورد نظر را می‌توان شامل سه واحد دانست‌  واحد اول وظیفه دریافت حرکات سر  محاسبه زوایای سر کاربر و انتقال آن‌ها به پردازنده مرکزی را دارد  واحد دوم که واحد پردازنده و نرم‌افزار نام دارد با دریافت زوایای سر کاربر و طبق الگوی کنترلی مشخصی اقدام به شبیه‌سازی بازوی رباتیکی و کنترل آن می‌کند  این واحد همچنین وظیفه محاسبه نیروهای لازم برای ایجاد گشتاور هپتیکی مطلوب در برابر حرکت سر کاربر و ارسال سیگنال کنترل مربوطه به واحد اعمال نیرو را دارد  واحد سوم نیز شامل یک کتف‌بند و یک گردن‌بند می‌شود و حسگرها و محرک‌های مورد نیاز برای اعمال گشتاور هپتیکی به آن متصل شده‌اند و نیروهای هپتیکی را به گردن کاربر اعمال می‌کند  این واحد سیگنال‌های بازخورد مورد نیاز برای کنترل دقیق نیروها را به واحد پردازنده ارسال می‌کند  در ادامه هر یک از این واحدها شرح داده شده‌اند  در شکل   این واحدها و ارتباطات بین آن‌ها مشاهده می‌شود



واحد دریافت حرکات سر



 این واحد وظیفه دارد زوایای سر کاربر را دریافت و آن‌ها را به پردازنده منتقل کند  از نظر سینماتیکی سر انسان این قابلیت را دارد که در سه جهت مختلف دوران کند  این دوران‌های سه‌گانه در رابط کاربری مورد نظر منبع فرمان کنترلی برای بازوی رباتیکی شبیه‌سازی شده است‌  به این ترتیب که هر یک از زوایای دوران مورد نظر برای کنترل یکی از درجات آزادی بازوی رباتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد  به این ترتیب کاربر قادر خواهد بود تا به کمک دوران‌های سه‌گانه سر خود  یک بازوی رباتیکی سه درجه آزادی را کنترل کند  در این رابط کاربری این قابلیت وجود دارد که کاربر با ترکیب دوران‌های مختلف بتواند دو درجه آزادی را به‌صورت هم‌زمان تحت کنترل خود داشته بابثبد



اصلی‌ترین بخش این واحد یک حسگر ژیروسکوپ ساخت شرکت اینونسنس  به نام ام‌ ‌پی‌ ‌یو ه‌وه‌  است که می‌تواند دوران‌های سه‌گانه سر را با سرعت و دقت بالا اندازه‌گیری کند  جهت اتصال راحت‌تر حسگر معرفی شده به کاربر و همچنین جلوگیری از قطع اتصالات یک قاب پلاستیکی برای حسگر طراحی شده و توسط فناوری پرینتر سه‌بعدی ساخته شد و حسگر درون آن قرار گرفت که در شکل  قابل مشاهده است‌



 این حسگر به پشت سر کاربر وصل شده و زوایای سه‌گانه سر که عبارتند از رول‌  پیچ و یاو را اندازه‌گیری کرده و آن‌ها را به پردازنده ارسال می‌کند  در شکل   زوایای سه‌گانه سر نشان داده شده‌اند



واحد پردازنده و نرم‌افزار



 این واحد از رابط کاربری‌  وظیفه دریافت کلیه اطلاعات حسگرها  پردازش آن‌ها  کنترل بازوی رباتیک‌  نمایش سه‌بعدی آن و تولید سیگنال کنترل برای واحد اعمال نیرو را دارد  در ابتدا این واحد به کمک یک برد آردوئینو مگا   اطلاعات ارسالی از حسگر ژیروسکوپ را دریافت کرده و زوایای سه‌گانه رول و پیچ و یاو را استخراج می‌کند و این زوایا را به رایانه ارسال می‌کند  در رایانه این حرکات طبق یک الگوی کنترلی که در ادامه معرفی خواهد شد  به حرکات بازوی رباتیکی شبیه‌سازی شده نگاشت می‌شوند و این بازو به صورت سه‌بعدی برای کاربر نمایش داده می‌شود تا بتواند با آن تعامل داشته باشد  بازوی رباتیکی شبیه‌سازی شده که در شکل   مشاهده می‌شود  یک بازوی سه درجه آزادی مشابه دست انسان است که دارای یک درجه آزادی در آرنج‌  یک درجه آزادی در مچ و یک درجه آزادی در گیرنده‌است‌  



این بازو به‌صورت سه‌بعدی توسط نرم‌افزار متلب  طراحی شده و به صورت زمان واقع‌ برای کاربر نمایش داده می‌شود  به دلیل محدود بودن دامنه حرکات سر و استفاده بهینه از این حرکات برای کنترل بازوی رباتیک باید نگاشتی طراح شود که حرکات سر را به‌صورت موثری به حرکات بازو مرتبط سازد  در این نگاشت برای کنترل حرکت مفصل آرنج از زاویه رول برای کنترل حرکت مفصل مچ از زاویه پعچ و برای کنرل باز و بسته کردنا گیرنده از زاویه یاو استفاده شده است‌  در رابط کاربری امکان کنترل هم‌زمان درجات آزادی رول و پیچ که متناظر با زوایای مچ و آرنج بازو فراهم شده است‌  نحوه لکرد به این صورت است که ابتدا با استفاده هم‌زمان از زوایای رول و پیچ به ترتیب مفاصل آرنج و مچ بازو حرکت داده شده و گیرنده به محل مورد نظر رسانده می‌شود  گیرنده پس از اتمام این مرحله توسط زاویه یاو فعال شده و باز یا بسته می‌شود تا جسم مورد نظر را بگیرد یا رها سازد  این شرط برای رابط کاربری گذاشته شده است که در صورتا که گیرنده از طریق زاویه یاو فعال شد  مفاصل آرنج و مچ از حرکت بازایستند تا کنترل دقیق‌تری برای کاربر حاصل شود  الگوی کنترلی مورد نظر در هر زمان در یکی از سه حالت زیر قرار دارد:



حالت غیرفعال‌: تا زمانی که کاربر به کمک کلیدهای فعال‌سازی اقدام به فعال کردن رابط کاربری نکند  این رابط در حالت غیرفعال باقی مانده و در زوایای بازوی رباتیک تغییری به وجود نمی‌آید



حالت فعال‌سازی یاو: در صورتی که رابط کاربری توسط کاربر فعال شود  این رابط یا در حالت فعال‌سازی زاویه یاو  ‌برای کنترل گیرنده‌  قرار دارد و یا در حالت فعال‌سازی رول‌ پیچ  ‌برای کنترل موقعیت بازو  که در قسمت بعد شرح داده خواهد شد  نحوه عملکرد این نگاشت به این صورت است که پس از فعال شدن رابط کاربری میزان تغییر در هر یک از زوایا از زمان فعال‌سازی ملاک قرار می‌گیرد و مقادیر مطلق در نظر گرفته نمی‌شوند  به این ترتیب سر کاربر در هر وضعیت اولیه‌ای که باشد  می‌تواند رابط کاربری را فعال کرده و از همان وضعیت اقدام به کنترل بازو کند  برای فعال‌سازی یاو دو شرط نشان داده شده در روابط  ‌ ‌ ‌ص‌  باید ارضا شوند  در صورتی که این شروط برقرار باشند  رابط کاربری در حالت فعال‌سازی زاویه یاو قرار گرفته و اگر میزان تغییر زاویه یاو مثبت باشد  گیرنده با سرعت ثابتی باز شده و اگر منفی باشد  گیرنده با سرعت ثابتی بسته می‌شود



درجه در نظر گرفته شده است‌



 شرط دوم فعال‌سازی زاویه یاو بیان می‌کند که تغییرات زاویه یاو باید از دو برابر جذر مجمق مربعات تغییر زوایای رول و پیچ بیشتر باشد  این شرط به دلیل حصول اطمینان از تمایل کاربر برای فعال‌سازی زاویه یاو مخصوصآ وقتی زوایای رول و پیج مقادیر نسبتآ زیادی دارند  گذاشته شده است‌  در مواردی که کاربر با سر خود زوایای رول و پیج نسبتآ بزرگی ایجاد کرده‌  به صورت ناخودآگاه زاویه یاو سر وی نیز تغییر می‌کند و چون ناحیه مرده دارای دامنه کمی است  ‌ه درجه برای یاو ‌  مقدار ناخواسته زاویه یاو  ممکن است از مرز ناحیه مرده عبور کند و به‌طور ناخواسته زاویه یاو فعال شود  برای اجتناب از این خطا شرط دوم قرار داده شده است تا درصورتی‌که زوایای رول و پیچ بزرگ بودند  تغییر زاویه یاو باید برای فعال‌سازی مقداری بیش از ‌  درجه باشد و این مقدار در واقع ترکیبی از مقادیر تغییر زوایای رول و پیچ که در رابطه  ‌ ‌  آمده است‌  رابطه  ‌ ‌  پس از انجام آزمون و خطاهای بسیار و به‌صورت تجربی حاصل شده است‌



فعال‌سازی رول‌  پیچ‌: در صورتی که رابط کاربری فعال باشد و شروط   و ص نیز برقرار نباشند  رابط کاربری به حالت فعال‌سازی رول‌  پیج می‌رود  در این حالت کاربر می‌تواند زو ‌یای مفاصل مچ و آرنج را به‌صورت جداگانه و یا هم‌زمان باز یا بسته کند  به کمک قابلیت کنترل هم‌زمان دو درجه‌  امکان اجرای عملیات مورد نظر با سرعت بیشتری برای کاربر فراهم می‌شود



 نحوه عملکرد رابط کاربری برای کنترل این دو زاویه به این صورت است که پس از فعال‌سازی‌  رابط کاربری‌  میزان تغییر زوایای رول و پیج از مقدار اولیه در زمان فعال‌سازی را اندازه‌گیری می‌کند و با توجه به مقدار تغییر این زوایا  موقعیت رول‌  پیج سر را در صفحه‌ای مشابه آن‌چه در شکل و نشان داده شده‌  محاسبه می‌کند  بسته به این‌که موقعیت رول‌  پیچ در کدام ناحیه از نواحی نه‌گانه این صفحه قرار گیرد  عملکرد رابط کاربری در رابطه با مفاصل آرنج و مچ تعیین می‌گردد  در جدول   عملکرد متناظر با هر یک از نواحی نه‌گانه شکل و بیان شده است‌



د نواحی مختلف ابدوی بببربی ن‌ر حعال‌ساری رول‌  پیچ



 طبق این الگو پس از فعال‌سازی رابط کاربری‌  اگر موقعیت رول‌  پیچ سر کاربر درون دایره‌ای به شعاع  درجه واقع شود  رابط کاربری کاری انجام نمی‌دهد و این ناحیه به نوعی ناحیه مرده محسوب می‌شود  در صورتی که کاربر بخواهد فقط مفصل آرنج را باز کند باید سر خود را به سمت راست مایل کند  ‌با این کار موقعیت رول‌  پیچ وارد ناحیه   می‌شود  و اگر کاربر بخواهد مفصل مچ بازو را به صورت ساعت‌گرد به دوران بیندازد باید سر خود را به جلو خم کند



  ‌ناحیه   ‌  اگر کاربر بخواهد به‌صورت هم‌زمان آرنج را باز کرده و مچ را به‌صورت ساعت‌گرد بچرخاند  باید سر خود را هم‌زمان رو به جلو و سمت راست خم کند تا موقعیت رول‌  پیج وارد ناحیه و شود  در تقسیم‌بندی نواحی‌  زاویه مرز هر یک از نواحی   تا   با محور اصلی و  درجه در نظر گرفته شده است‌  رابط کاربری طبق الگوی کنترلی شرح داده شده به‌صورت زمان واقع اطلاعات حسگر ژیروسکوپ را دریافت کرده و بازوی رباتیک شبیه‌سازی شده را مطابق میل کاربر کنترل می‌کند



 به‌عنوان وظیفه دوم واحد پردازنده و نرم‌افزار  این واحد باید براساس گشتاور هپتیکی مطلوب‌  زوایای سر کاربر و سیگنال ارسال شده از انکودرهای افزایشی تعبیه شده در واحد اعمال نیرو  مقدار نیروهای مورد نیاز برای ایجاد این گشتاورهای هپتیکی را به دست آورده و برای تولید این نیروها سیگنال مناسب را به واحد اعمال نیرو ارسال کند  نحوه محاسبه نیروهای هپتیکی در بخش   شرح داده شده است‌  این واحد پس از محاسبه این نیروها سیگنال کنترل را به بورد آردوئینو ارسال کرده و این بورد این سیگنال را به محرک‌ها اعمال می‌کند  همچنین کنترل دقیق مقدار نیروی هپتیکی به کمک سیگنال بازخورد ارسال شده توسط حسگرهای نیروسنج تعبیه‌شده روی گردن‌بند هپتیکی به بورد آردوئینو میسر می‌شود



 در مجم بخش‌های نرم‌افزاری این واحد را می‌توان شامل سه بخش الگوی کنترلی  ‌برای محاسبه زاویه مفاصل بازوی رباتیکی‌ ‌  رابط گرافیکی  ‌برای شبیه‌سازی سه‌بعدی بازوی رباتیکی‌  و هپتیک  ‌برای محاسبه نیروهای هپتیکی و تولید و ارسال سیگنال کنترل‌  دانست که در شکل ح نشان داده شده‌اند



   ‌و  واحد اعمال نیرو



 این واحد از یک طرف اطلاعات لازم برای محاسبه و کنترل دقیق نیروهای هپتیکی را در اختیار واحد نرم‌افزار و پردازنده قرار می‌دهد و از طرف دیگر نیروی محاسبه شده برای تولید گشتاور هپتیکی مقاوم در برابر حرکت سر را به کاربر اعمال می‌کند  در شکل  واحد اعمال نیرو که به یک کاربر متصل شده است‌  مشاهده می‌گردد



واحد اعمال نیرو از یک کتف‌بند  یک پایه آلومینیومی‌  چهار عدد ماژول و یک گردن‌بند تشکیل شده است‌  بخش اصلی این واحد از چهار ماژول مجزا تشکیل شده که از جهت‌های مختلف اطراف سر کاربر قرار می‌گیرند  این ماژول‌ها بر پایه‌ای از جنس آلومینیوم نصب شده‌اند و خود پایه به یک کتف‌بند متصل شده و بستری ثابت را برای اعمال نیرو فراهم آورده است‌  هر ماژول متشکل از بدنه‌  یک حسگر نیروسنج‌  یک انکودر افزایشی‌  یک فنر پیچشی‌  چند قرقره و یک فنر کشیده‌شده از جنس آلیاژ حافظه‌دارا  ‌٨ که به‌عنوان عملگر استفاده شده است‌  یک سر این فنر به ماژول مورد نظر و سر دیگر آن به گیره‌ای وصل می‌شود که روی گردنبندی که به گردن کاربر چسبانده شده قرار گرفته است‌  این ماژول در شکل  از نمای نزدیک‌تر نشان داده شده است‌  همچنین اجزای این ماژول  ‌به‌جز فنر آلیاژ حافظه‌دار  در نقشه انفجاری شکل و قابل مشاهده هستند



اعمال نیروی هپتیکی به‌وسیله فنرهایی از جنس آلیاژ حافظه‌دار محقق می‌شود  آلیاژهای حافظه‌دار به دلیل ساختار اتمی خاصی که دارند پس از تغییر شکل و خارج شدن از حالت اولیه‌ای که آن را به خاطر سپرده‌اند  در اثر بالا رفتن دمایشان از مقدار معینی به حالت اولیه خود تغییر شکل می‌دهند  این خاصیت آلیاژهای حافظه‌دار سبب شده است که از آن‌ها به‌عنوان محرک در سامانه‌های مکاترونیکی استفاده شود  گرم کردن این آلیاژها با توجه به مقاومت الکتریکی آن‌ها می‌تواند به‌سادگی و از طریق عبور دادن جریان الکتریکی از آن‌ها صورت گیرد



 نحوه استفاده از این فنرهای آلیاژ حافظه‌دار به این‌صورت است که یک سر این فنرها به قلاب متصل به گردن‌بند و سر دیگر آن‌ها به نخی که از طریق یک قرقره  ‌قطعه  ا در شکل ف‌  به نیروسنج متصل شده‌  وصل گردیده است‌



 طول جمع شده این فنرها حدود و   سانتی‌متر است‌  برای وصل کردن دو سر فنر به مکان‌های مورد نظر باید فنر از حالت اولیه خود خارج و کشیده شود  فنرها حالت اولیه خود  ‌در حالت جمع‌شده‌  را به خاطر سپرده‌اند و به همین دلیل با عبور جریان الکتریکی و گرم شدن‌  جمع می‌شوند تا به حالت اولیه خود برگردند و به این ترتیب نیرو وارد می‌کنند  به دو سر فنرهای آلیاژ حافظه‌دار سیم‌هایی برای عبور دادن جریان الکتریکی متصل شده است و از طریق بورد آردوئینو مربوطه می‌توان نحوه اعمال ولتاژ الکتریکی به فنرها و در نتیجه میزان نیروی وارد شده به کاربر را کنترل کرد



 همان‌طور که در بخبثن   شرح داده خواهد شد  واحد نرم‌افزار برای محاسبه جهت نیروهای هپتیکی باید فاصله ماژول تا محل اتصال قلاب به گردن را در اختیار داشته باشد  به این منظور از انکودر افزایشی  ‌قطعه و  استفاده شده است که در هر دور ال‌  پالس تولید می‌کند و قابلیت تشخیص جهت دوران نیز به کمک آن وجود دارد  روی دسته این انکودر  قرقره‌ای  ‌قطعه و ‌  تعبیه شده است که سیم نازکی به دور آن پیچیده می‌شود  با کشیده شدن این سیم و باز شدن آن از دور قرقره‌  قرقره شروع به دوران کرده و انکودر را نیز می‌چرخاند  با چرخیدن انکودر این قطعه شروع به تولید پالس کرده و طول سیم باز شده با در دست داشتن تعداد پالس‌های انکودر و قطر قرقره قابل محاسبه   یک حلقه کوچک به ببر این سیم نازک متصل شده که به قلاب متصل به گردنبند وصل می‌شود  سیم نازک از طریق قرقره‌ای کوچک  ‌قطعه به سمت قلاب مورد نظر هدایت می‌شود  انکودر افزایشی از سمت دیگر خود از طریق یک شفت به فنر پیچشی  ‌قطعه و  متصل شده است که در صورت باز شدن سیم نازک از دور قرقره‌  آن را به حالت اولیه برمی‌گرداند و همیشه سیم نازک را در حالت کشیده شده نگه می‌دارد  به این ترتیب با اتصال سر سیم به همان قلابی که انتهای فنر آلیاژ حافظه‌دار به آن متصل شده است‌  فاصله مورد نظر محباسبه شده و برای واحد پردازنده ارسال می‌شود



 جهت کنترل دقیق نیروی اعمال شده به گردن کاربر  وجود بازخورد از نیروی اعمال شده ضروری است‌  این بازخورد به کمک حسگر نیروسنج  ‌قطعه  تعبیه شده بر ماژول حاصل می‌شود  انتهای هر یک از فنرهای آلیاژ حافظه‌دار از طریق نخ به انتهای حسگر نیروسنج متصل شده و از آن‌جایی‌که از اصطکاک صرف نظر شده است‌  مقدار نیروی فنر را می‌توان با مقدار نیروی کشش نخ برابر دانست که درنهایت از طریق حسگر نیروسنج اندازه‌گیری می‌شود  سیگنال تولید شده توسط نیروسنج پس از تقویت شدن توسط یک تقویت‌کننده عملیاتی از طریق مبدل آنالوک به دیجیتال بورد آردوئینو به پردازنده اصلی  ‌رایانه‌  منتقل می‌گردد



 این واحد همچنین شامل یک گردن‌بند نیز می‌شود که به‌وسیله چسب‌های پزشکی به دور گردن کاربر متصل می‌شود و روی آن چهار قلاب تعبیه شده است‌  هر یک از این قلاب‌ها برای اتصال انتهای فنر آلیاژ حافظه‌دار بکار گرفته می‌شوند  همچنین همان‌طور که در شکل مشاهده می‌شود  از این گردنبند برای اتصال حسگر ژیروسکوپ به سر نیز استفاده می‌گردد



 رابط کاربری مورد نظر  پس از دریافت اطلاعات از حسگر ژیروسکوپ‌  با دریافت داده‌های مربوط به حسگرهای نیروسنج و انکودرهای تعبیه شده روی ماژول‌ها  مقدار نیروهای هپتیکی مورد نیاز برای ایجاد گشتاور هپتیکی مطلوب را محاسبه کرده و آن را با کمک فنرهای آلیاژ حافظه‌دار اعمال و کنترل می‌کند  در این  روش به کار گرفته شده برای محاسبه نیروهای هپتیکی شرح داده می‌شود



 در مقاله حاضر تنها به ایجاد گشتاور هپتیکی مقاوم در برابر دوران‌های رول و پیچ سر پرداخته شده و ایجاد گشتاور مقاوم در برابر حرکت یاو به دلیل کاربرد کمتر در رابط کاربری طراحی شده و بیشتر بودن ملزومات سخت‌افزاری مورد نیاز برای این منظور مورد توجه قرار نگرفته است‌



 برای محاسبه نیروهای هپتیکی فرض می‌شود که گشتاورهای هپتیکی مورد نیاز معلوم هستند  این گشتاورها در محیط واقعی از طریق حسگر و در محیط شبیه‌سازی شده با استفاده از روابط مربوطه حاصل شده و پس از تعدیل به فرد اعمال می‌شوند  برای نمونه برای بازوی نشان داده شده در شکل گشتاور وارده به مفصل آرنج در اثر بلند کردن جسمی به جرم   با صرف نظر کردن از وزن بازو  به‌صورت رابطه  ‌   محاسبه می‌شود



در آن   جرم جسم‌    فاصله محور مفصل آرنج تا مرکز جرم   و   زاویه خط عمود با راستای   است‌  این گشتاور به دلیل بزرگی در صورت اعمال به سر فرد امکان کنترل راحت بازو را از فرد سلب می‌کند و به همین دلیل باید در ضریب تعدیل‌کننده‌ای ضرب شود  ‌رابطه    تا مقدار مناسب گشتاور اعمالی حاصل شود



که در آن  بین صفر و ‌گشتاور هپتیکی مطلوب برای اعمال به حرکت رول سر کاربر است‌



 در مورد مفصل مچ نیز می‌توان همان‌طور که در رابطه  ‌و  نشان داده شده است‌  ضریبی از ممان اینرسی جسم مورد نظر در جهت محور مفصل مچ را ملاک ایجاد گشتاور هپتیکی قرار داد  به این ترتیب که هر چه این ممان اینرسی بیشتر باشد چرخاندن جسم توسط مفصل مچ نیز سخت‌تر بوده و در نتیجه گشتاور هپتیکی مقاوم در برابر حرکت پیچ سر نیز باید بیشتر باشد   گشتاور هپتیکی مطلوب برای اعمال به حرکت پیچ سر کاربر و لل ممان اینرسی جسم مورد نظر در جهت محور مفصل مچ است‌  ضرایب‌کل باید به نحوی تعیین شوند که گشتاورهای به‌دست‌آمده در محدوده قابل درک توسط کاربر بوده و همچنین از نظر سخت‌افزاری نیز قابلیت پیاده‌سازی داشته باشند



 پس از تعیین مقادیر گشتاور هپتیکی مطلوب در برابر حرکات سر حول محورهای رول و پیچ‌  باید نیروهای چهارگانه مورد نیاز برای ایجاد این گشتاورها محاسبه شده و توسط فنرهای آلیاژ حافظه‌دار تولید گردند  نیروهای هپتیکی‌  در جهت قرارگیری فنرهای آلیاژ حافظه‌دار به گردن وارد می‌شوند  جهت این نیروها به همراه گردن‌بند به‌صورت دقیق‌تر در شکل  ‌  به‌وسیله پیکان‌ها و یک نوار که دور گردن قرار گرفته است‌  نشان داده شده‌اند



 به‌منظور ایجاد گشتاور هپتیکی حول محورهای رول و پیچ‌  محورهای تقارن پایه به‌عنوان مرجع در نظر گرفته شده‌اند  به این ترتیب که محور دوران حرکت پیچ به‌عنوان محور   و محور دوران حرکت رول به‌عنوان محور   در نظر گرفته شده است‌  محورهای  ‌و   محورهای تقارن پایه نیز هستند  دستگاه مختصات متناظر با این محورها که درون صفحه پایه آلومینیومی واقع شده است‌  به‌عنوان دستگاه صفر در نظر گرفته می‌شود  در شکل ص‌  دستگاه صفر به همراه پایه‌  سطح مقطع گردن‌بند و نیروهای چهارگانه از نمای بالا نشان داده شده‌اند  توجه شود که نیروها درون صفحه پایه قرار ندارد  اما چون از نمای بالا نشان داده شده‌اند به‌صورت هم صفحه با پایه به نظر می‌آیند  در این شکل نیروهای چهارگانه شماره‌گذاری نیز شده‌اند  همچنین نقاط ابتدایی و انتهایی محل‌های اتصال فنرهای آلیاژ حافظه‌دار به گردن و پایه که تعیین‌کننده راستای نیروهاست‌  با دایره‌های مشکی رنگ کوچکی به نمایش درآمده‌اند  نقاط اتصال فنرها با گردن با  می‌تواند عددی بین   و نقاط اتصال فنرها به پایه با  ‌نشان داده شده‌اند  با حرکت سر  دایره‌ای که نقاط آفل روی آن قرار گرفته‌اند تغییر مکان می‌دهد  اما دستگاه مختصات صفر بدون حرکت باقی می‌ماند



 همچنین با حرکت سر نیروها در راستای  ‌تغییر جهت می‌دهند  جهت تعیین گشتاور یک نیرو حول هر محور  به اندازه و راستای نیروی مورد



 نظر نیاز است‌  با توجه به شکل  ‌ ‌  راستای نیروی  



 اختیار داشتن مختصات نقاط  ‌درون مختصات صفر می‌توان راستای نیروی  ‌م را محاسبه کرد  نقاط  ‌٨درون دستگاه صفر ثابت و مختصات آن‌ها قابل اندازه‌گیری است‌  اما مختصات نقاط  ‌فل به دلیل متصل بودن به گردن کاربر و جابه‌جایی و دوران سر وی به‌سادگی قابل اندازه‌گیری نیستند  برای محاسبه مختصات این نقاط‌  دستگاه‌های مختصات نحوی تعریف شده که مرکز آن‌ها منطبق بر مرکز گردن‌بند باشد  تفاوت این دو دستگاه در این است که محورهای دستگاه مختصات همواره موازی محورهای دستگاه مختصات صفر است و این دستگاه همراه با سر کاربر دوران نمی‌کند و فقط جابه‌جایی دارد  اما دستگاه  ‌ ‌  هم جابه‌جایی دارد و هم همراه با سر کاربر دوران می‌کند  این دو دستگاه به همراه بردارهای موقعیت در شکل    نشان داده شده‌اند



 برای محاسبه مختصات نقاط  ‌ درون دستگاه صفر لازم است تا هم بردار موقعیت دستگاه  ‌ ‌  نسبت به دستگاه صفر  ‌بردار معلوم باشد و هم زوایای دوران دستگاه نسبت به دستگاه صفر  از میان این شش مجهول  ‌مختصات دستگاه  ‌ ‌  و زوایای دوران آن‌ ‌  زوایای رول و پیچ دستگاه یک نسبت به دستگاه صفر را می‌توان با استفاده از حسگر ژیروسکوپ اندازه‌گیری کرد و در اختیار داشت‌  برای به‌دست‌آوردن چهار مجهول باقی‌مانده از معادلات برداری که یکی از آن‌ها برای نمونه در شکل    نشان داده شده است استفاده می‌شود  برای هر یک از چهار نقطه  ‌فل می‌توان معادلاتی به این صورت نوشت که در رابطه  ‌ ‌ ‌  فرم کلی این معادله برای نل امین حالت نوشته شده است‌



سه مجهول از چهار مجهول مسئله است‌



 همچنین در رابطه  ‌   اندازه بردارهای   قابل اندازه‌گیری و معلوم است‌  اندازه بردار فل‌ ‌ل نیز به کمک انکودر افزایشی و سیم نازک متصل به آن که در کنار فنر آلیاژ حافظه‌دار قرار می‌گیرد به‌صورت زمان واقع اندازه‌گیری می‌شود



 در راطب  ‌   بردار  ‌ حول بنت زاویه رول‌  پیچ و یاو است‌  از آن‌جایی که بردارهای چهارگانه درون صفحه  از دستگاه مختصات است‌  با توجه به ابعاد گردن کاربر و محل قرارگیری قلاب‌های فنرهای آلیاژ حافظه‌دار قابل اندازه‌گیری بوده و کافی است مختصات   نسبت به مرکز گردن‌بند اندازه‌گیری شود  رابطه  ‌  به کار گرفته می شود



با استفاده از دو معادله اول از دسته روابط  ‌ف‌ ‌  می‌توان رابطه بین نیروی گشتاور حاصل از آن را حول محورهای دوران رول و پیج به‌دست آورد  در ادامه مقدار نیروهای هپتیکی چهارگانه در حالات مختلف با استفاده از این روابط محاسبه می‌شوند



اعمال گشتاور روی یک محور



 در این بخش حالتی بررسی می‌شود که در آن گشتاور هپتیکی مقاوم باید فقط روی یکی از محورهای   اعمال شود  شکل قرارگیری بردارهای نیروی حاصل از فنرهای آلیاژ حافظه‌دار و شماره‌گذاری آن‌ها را نشان می‌دهد  البته باید توجه شود این شکل از نمای بالا کشیده شده است و بردارهای نیرو مولفه‌ای در جهت بالا به پایین را نیز شامل می‌شوند  با توجه به این نحوه قرارگیری و این نکته که از این فنرها تنها برای تولید نیروی کششی می‌توان استفاده کرد  می‌توان نتیجه گرفت که گشتاور تولید شده توسط هر یک از این فنرها حول هر یک از محورهای  ‌و ودارای علامت ثابتی است که با تغییر موقعیت و جهت سرکاربر تغییر نمی‌کند  این علامت‌ها در جدول   نشان داده شده‌اند  این جدول نشان می‌دهد که به طور مثال نیروی  ‌م همواره حول محور   گشتاور منفی و حول محور  گشتاور مثبت ایجاد می‌کند



 



طبق جدول  جهت اعمال گشتاوری معین روی یکی از محورهای دوگانه   و ٦ تنها به فعال‌سازی دو عدد از نیروهای چهارگانه نیاز است چرا که عملا تنها دو نیرو از چهار نیرو توانایی تولید گشتاور مطلوب را دارند  برای نمونه جهت ایجاد گشتاوری مثبت حول محور   نیروهای برای ایجاد گشتاوری منفی حول محور و نیروهای ل‌م و ء توانایی تولید گشتاور مطلوب را دارند  هر یک از این جفت نیروها روی محور دیگر گشتاور عکس یکدیگر تولید می‌کنند؛ بنابراین می‌توان این دو نیرو را به نحوی تعیین کرد که علاوه‌بر ایجاد شدن گشتاور مطلوب روی محور مورد نظر  گشتاور روی محور دیگر صفر باقی بماند  برای به‌دست آوردن گشتاور مطلوب با استفاده از یک جفت نیرو  ‌  و   طبق الگوی شرح داده شده‌  می‌توان روابط  ‌  را با استفاده از روابط  ‌ ‌ ‌  به‌دست آورد



 با حل دستگاه دو معادله و دو مجهول  مطلوب را به‌دست آورد به طوری که گشتاور هپتیکی مورد نظر روی محور اصلی ایجاد شود و در عین حال گشتاور روی محور دیگر نیز صفر نگه داشته شود  معادلات  ‌ه‌ ‌  برای ایجاد گشتاور مطلوب روی محور و به نحو مشابهی به‌دست می‌آیند  با توجه به استدلال صورت گرفته‌  پاسخ‌هایی که برای نیروها از حل این دستگاه حاصل می‌شود همواره مثبت خواهد بود و با فعال کردن فنرهای آلیاژ حافظه‌دار قابل تولید است‌



اعمال گشتاور روی دو محور



 در این حالت ایجاد گشتاور هپتیکی مقاوم حول هر دو محور   و   مورد نظر است‌  به این منظور مشابه روند بخش پیشین و با استفاده از جدول   می‌توان نتیجه گرفت که با توجه به علامت‌های گشتاورهای مطلوب‌  تنها سه نیرو از چهار نیروی در دسترس کافی است‌  برای نمونه اگر گشتاورهای مطلوب هر دو منفی باشد  نیروی که حول هر دو محور گشتاور مثبت ایجاد می‌کند  مورد نیاز نیست و نباید فعال شود  اگر این گشتاورهای مطلوب را به ترتیب  نامید  در این حالت نیز با استفاده از روابط  ‌ ‌ ‌  می‌توان دسته روابط  ‌و  ‌  را به‌دست آورد



در این حالت مقدار سه نیروی حصول گشتاورهای مطلوب  باید محاسبه شود  در این رابطه یک دستگاه دو معادله و سه مجهول ایجاد می‌شود که بی‌شمار پاسخ دارد  از دیدگاه هندسی اگر فضایی سه‌بعدی که متغیرهای می‌سازند  در نظر گرفته شود  هر یک از معادلات دستگاه  ‌و ‌  بیانگر یک صفحه در این فضاست و پاسخ این دستگاه محل تقاطع این دو صفحه در فضا بوده که به‌صورت یک خط ظاهر می‌شود  البته باید این قید را نیز در نظر گرفت که نیروهای سه‌گانه به‌دست‌آمده باید مثبت باشند  ‌فنر آلیاژ حافظه‌دار تنها قادر به کشیدن است و نمی‌تواند هل دهد ‌؛ بنابراین آن دسته از پاسخ‌ها که قیود رابطه  را برآورند پاسخ‌های واقعی هستند



 با جای‌گذاری مقدار به‌دست‌آمده از رابطه  ‌ ‌ ‌  در رابطه  ‌ ‌ ‌  می‌توان مقدار مطلوب هر یک از نیروها را در نقطه بهینه به‌دست آورد  در صورتی که پاسخ به‌دست آمده قیود مسئله  ‌روابط ه‌ ‌  را ارضا نکرد  با توجه به ماهیت خطی مسئله‌  پاسخ روی یکی از مرزها رخ خواهد داد  به این منظور با مساوی صفر قرار دادن رابطه  ‌ ‌ ‌ ‌  سه مقدار برای پارامتر  به‌دست می‌آید که با بررسی مقدار تابع هزینه برای مجموعه نیروها در هر یک از این سه مقدار و همچنین بررسی برآورده شدن قیود مسئله در این نقاط می‌توان پاسخ بهینه مسئله را استخراج کرد



 درمجم سه ک آزمون برای ارزیابی عملکرد رابط کاربری هپتیکی طراحی و بر دو کاربر اجرا شد  در ادامه این بخش هر یک از این آزمون‌ها به همراه نتایج به‌دست‌امده شرح داده شده‌اند



  ‌ ‌ ‌  آزمون تشخیص برخورد با مانع



 این آزمون برای بررسی نحوه عملکرد گردن‌بند هپتیکی برای شبیه‌سازی حالتی که در آن بازو با مانع برخورد می‌کند طراحی شده است‌  در این آزمون از محیطی گرافیکی شامل جسمی متصل به یک بازوی یک درجه آزادی استفاده شده‌  توسط کاربر کنترل می‌شود  بازو با فرمان کاربر توسط حرکت سر او آغاز به دوران کرده و از ناحیه سفید وارد ناحیه خاکستری رنگ



می‌شود  ناحیه خاکستری رنگ به‌عنوان ناحیه‌ای در نظر گرفته شده است که احتمال وجود مانع در آن وجود دارد و کاربر باید تشخیص دهد که در این ناحیه مانع وجود دارد یا خیر  از نظر گرافیکی تفاوتی بین سرعت دوران بازو در دو ناحیه وجود ندارد تا کاربر صرفآ از طریق تشخیص گشتاور مقاوم بتواند تشخیص دهد که بازو با مانع برخورد کرده است یا خیر  در شکل ال‌  بازو و نواحی دوگانه را مشاهده می‌کنید



 در این آزمون از کاربر خواسته می‌شد تا به کمک حرکت سر خود حول محور مورد نظر جسم را از ناحیه سفید وارد ناحیه خاکستری رنگ کند و اگر گشتاور مقاوم در برابر حرکت گردن خود احساس کرد اعلام کند  برای تشخیص صحت گزارش کاربر در تشخیص مانع‌  گاهی اوقات ناحیه خاکستری رنگ همراه با وارد شدن گشتاور مقاوم به گردن کاربر و گاهی اوقات بدون این گشتاور و دقیقآ مشابه ناحیه سفید رنگ قرار داده می‌شد  درمجم برای هر یک از محورهای  ‌‌    آزمون‌ها با گشتاور هپتیکی مقاوم نیوتن متر از کاربرها انجام شد که تعدادی از آن‌ها بدون وجود گشتاور هپتیکی مقاوم و تعدادی دیگر همراه با گشتاور هپتیکی مقاوم بوده‌اند



 به دلیل وجود تقارن با محور   ‌  آزمونی برای محور گرفته نشد  هر آزمون روی هر محور برای هر کاربر   بار تکرار شد و درمجم هر دو کاربر در تشخیص حالات وجود مانع از حالات عدم وجود مانع موفق بودند و تشخیص وجود یا عدم وجود گشتاور مقاوم برای کاربرها روی هر سه محور به‌راحتی انجام می‌شد



  ‌ ‌   آزمون تشخیص وزن اجسام سبک و سنگین



 هدف این آزمون و آزمون بعد  ارزیابی میزان کارایی گردن‌بند هپتیکی در ایجاد قابلیت تشخیص وزن اجسام برای کاربر است‌  محیط گرافیکی در این آزمون نیز مشابه شکل  اما بدون ناحیه خاکستری رنگ طراحی شده و گشتاور هپتیکی با توجه به شکل طبق رابطه  ‌و ‌  به کاربر وارد شده است‌



در این آزمایش از کاربر خواسته می‌شود دو جسم مختلف را در دو آزمایش متوالی به میزان درجه دوران دهد و براساس گشتاور مقاوم وارد شده به وی توسط گردن‌بند هپتیکی تشخیص دهد که کدام‌یک از این دو جسم سبک‌تر و کدام‌یک سنگین‌تر است‌  برای جسم سنگین‌تر این پارامتر برابر    نیوتن متر و برای جسم سبک‌تر برابر نیوتن متر قرار داده شده که به‌صورت تصادفی برای کاربر شبیه‌سازی می‌شد  هر یک از آزمایش‌ها چهار بار بر هر یک از کاربرها روی هر یک از محورها انجام شد که نتایج به‌دست آمده در جدول   آورده شده‌اند



براساس نتاچ به‌دست‌آمده کاربرها    آزمون‌ها را با موفقیت پشت سر گذاشته و توانستند جسم سبک را از جسم سنگین تشخیص دهند



  ‌ ‌   آزمون تشخیص وزن اجسام سبک و سنگین



 در آزمون آخر برای اندازه‌گیری میزان دقت گردن‌بند هپتیکی در ایجاد درک از میزان سنگینی اجسام‌  این بار روی هر یک از محورها سه گشتاور هپتیکی مقاوم با مقادیر  ‌   نیوتن متر که به ترتیب نماینده اجسام سبک‌  متوسط و سنگین ایجاد شد



 در این آزمون سه جسم متصل به بازویی مشابه شکل که از نظر گرافیکی کاملا مشابه یکدیگر شبیه‌سازی شده‌اند توسط کاربر به میزان  درجه دوران داده می‌شدند  هر یک از این اجسام به صورت تصادفی گشتاور مقاوم  ‌ در برابر حرکت سر کاربر ایجاد می‌کردند  پس از اتمام آزمایش‌ها از کاربر خواسته می‌شد تا جسم سبک‌  سنگین و متوسط را تشخیص دهد  در صورت تشخیص نادرست و یا عدم درک تفاوت میان وزن اجسام آزمون ناموفق و در غیر این صورت آزمون موفق تلقی می‌شد  این آزمون برای هر یک از محورها  چهار مرتبه برای هر کاربر تکرار شد  کاربر   مشابه حالت پیشین‌  همه آزمون‌ها را با موفقیت پشت سر گذاشت اما کاربر   در تعدادی از آزمون‌ها ناموفق بود که در جدول  نتایج آن را مشاهده می‌کنید



 برای این آزمون‌    ‌نتایج با موفقیت همراه بودند و همان‌طور که از جدول پیداست‌  مشابه آزمون پیشین بیشترین آزمون‌های ناموفق مربوط به کاربر   و محور  ‌  است‌



نتیجه‌  در مقاله حاضر طرح جدیدی از رابط‌های کاربری برای کمک به بیماران قطع نخاع گردنی ارائه شد  


مشخصات

مشخصات

توسط: علیرضا هادی؛ محمدعلی باقریان جعفرآبادی مجله: مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس سال انتشار: 1396 شمسی تعداد صفحات: 11 تاریخ درج: ۱۳۹۶/۳/۲۷ منبع: دیتاسرا

لینک دانلود

لینک دانلود

رمز فایل
رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

گسترش LNG در مقیاس کوچک با سرمایه گذاری بخش خصوصی (Expanding Small-Scale LNG with Private Sector Investment)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): در حال حاضر با وجود منابع جدید در استرالیا و ایالات متحده شاهد وفور LNG جهت کاربردهای در مقیاس بزرگ هستیم. بازیکنان پیشرو بازار همچون شرکت های نفتی بین المللی و شرکت های نفتی دولتی، همراه با افزایش منابع، علاقه زیادی جهت تولید LNG برای کاربری های در مقیاس کوچک از خود نشان می‎دهند. عوامل اصلی رشد ... [ ادامه مطلب ]

تغذیه کشتی توسط مولد قرار گرفته در خشکی (Cold Ironing)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): تصمیمی‎که توسط اسطوره سینمای هالیوود "آرنولد شوارتزنگر" در سال 2006 بعنوان فرماندار ایالت کالیفرنیا گرفته شد، تأثیر چشمگیری بر تجارت شرکت وارتسیلا داشت. وی دستور داد تا به منظور کاهش آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه ای، سواحل ایالت کالیفرنیا به سیستم برق رسانی از خشکی به کشتی (Cold ironing) مجهز شوند. این تصمیم باعث ... [ ادامه مطلب ]

تولید برق از امواج دریا (Catching the Surge)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): در ماه سپتامبر وارتسیلا اعلام نمود که با شرکت AW-Energy جهت تولید برق از امواج دریا همکاری خواهد نمود. تکیه گاه یاتاقان های فلزی، یاتاقانهای کامپوزیتی، محفظه های آب بند لبه ای و کوپلینگ های هیدرولیک مورد استفاده در اولین WaveRoller مقیاس واقعی شرکت AW Energy، توسط وارتسیلا فراهم شده است. تجهیزات مورد استفاده در ... [ ادامه مطلب ]

برق رسانی به شبکه های ایزوله (Powering Isolated Grids)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): مجله in detail (شماره 2، 2017): این مطلب به مطالعه بر روی یک نیروگاه برق هیبریدی (مرکب) وارتسیلا (موتورهای احتراق داخلی و ذخیره کننده های انرژی) و ارزش افزوده ای که می‎تواند در اثر صرفه جویی اقتصادی و بالا بردن راندمان برای صاحبان و بهره برداران آن بهمراه داشته باشد می‎پردازد. نیروگاه هیبریدی مورد مطالعه مشتمل بر ... [ ادامه مطلب ]

آشنایی با قراردادهای عرضه LNG در مقیاس کوچک (Decoding Small-Scale LNG Supply Contracts)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): همراه با آمدن یک سوخت جدید سؤالی به ذهن متبادر می‎شود: هزینه کردن برای آن تا چه حد منطقی است؟ مقیاس معاملات انجام شده بر روی نفت خام در سطح جهان به گونه ای است که به شفافیت قیمت آن در بازار می‎انجامد. از آنجا که معیارهای سنجش متعدد و تأمین کنندگان فراوانی در بازار وجود ... [ ادامه مطلب ]

توسعه روش طراحی و بهینه‌سازی پارامترهای عملکردی و هندسی بویلر بازیاب حرارتی با سه سطح فشار با بکارگیری تئوری ساختاری
فايل پيوست

چکیده طراحی بهینه و بهبود عملکرد مولدهای بخار بازیاب حرارتی تأثیر قابل توجهی بر بازدهی حرارتی نیروگاه های سیکل ترکیبی دارند. بنابراین، مولد بخار بازیاب حرارتی باید به گونه ای طراحی شود که میزان بازیابی حرارتی را بیشینه نموده و عملکرد کل نیروگاه را بهبود بخشد. در این مقاله، یک روش طراحی و بهینه سازی مولد بخار بازیاب حرارتی با سه ... [ ادامه مطلب ]

مطالعه تجربی متغیرهای فرا‌یند ریخته‌گری مدل فومی فداشونده با استفاده از روش تاگوچی
فايل پيوست

چکیده روش ریخته‌گری مدل فومی فدا شونده، یک روش نوین برای ریخته‌گری قطعات پیچیده می‌باشد که علاوه بر داشتن مزایای فنی و اقتصادی نسبت به روش سنتی دارای مزایای زیست محیطی نیز بوده و از این‌رو مورد توجه ویژه قرار گرفته است. در این پژوهش به بررسی اثر متغیرهای چگالی فوم، دمای ذوب‌ریزی و ویسکوزیته پوشان که از اثرگذارترین متغیرهای فرآیند ... [ ادامه مطلب ]

مقایسه تاثیر چیدمان مختلف تکنولوژی دنده‌های ٧ شکل در افزایش توربولانس جریان و انتقال حرارت در خنک کاری داخلی پره‌های توربین گاز
فايل پيوست

چکیده افزایش دمای گاز ورودی به توربین‌های گازی باعث افزایش قدرت و راندمان حرارتی آن‌ها خواهد شد. با توجه به محدودیت دمایی آلیاژهای مورد استفاده، به‌کارگیری روش-هایی جهت کاهش دمای اجزای توربین گاز به‌خصوص پره‌های توربین، امری ضروری خواهد بود. امروزه تکنولوژی دنده‌های V شکل نیز به علت انتقال حرارت مناسب، مورد توجه محققان و پژوهشگران خنک‌کاری داخلی پره‌های توربین گاز ... [ ادامه مطلب ]

بهبود عملکرد تکنیک روانکاری کمینه در فرایند سنگزنی با استفاده از نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک
فايل پيوست

چکیده تکنیک روانکاری کمینه در فرآیند سنگزنی دارای مزایای متعدد فنی و اقتصادی است. این تکنیک نه تنها عملکرد فرآیند سنگزنی شامل یکپارچگی سطح، نیروهای سنگزنی و سایشِ چرخ سنگ را بهبود می‌بخشد. بلکه به دلیل مصرفِ بسیار پایین سیال برشی، تکنیکی سازگار با محیط است. با وجود چنین مزایایی، این تکنیک به دلیل مصرف پایین سیال برشی، دارای مشکل جدی ... [ ادامه مطلب ]

بررسی اثر نصب بالچه متحرک در دیسک گذردهی هوای انتهای چتر فرود
فايل پيوست

چکیده در این پژوهش با اعمال تحریک اجباری در میدان سیال، اثرات استفاده از ابزارهای کنترلی جدید بر رفتار چتر فرود و میزان کارایی آن مورد مطالعه قرار می‌گیرد. مدل‌سازی انجام شده با نرم‌افزار تجاری فلوئنت شبیه‌سازی و تحلیل شده‌است. ابتدا هندسه‌ی کلی پیشنهاد می‌گردد. این شبیه‌سازی‌ها در مورد تأثیر این تحریک بر رفتار جریان، کارایی چتر، نقاط پرفشار چتر اطلاعات ... [ ادامه مطلب ]

فایل اکسل جامع طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله)
فايل پيوست

تک فایل اکسل طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله) دیوار حائل یا سازه نگهبان بنایی است که به منظور تحمل بارهای جانبی ناشی از خاکریز پشت دیوار، سازه ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 7500 تومان
 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون تجهیزات افقی، قائم و پیت (Air Separation Units, Heat Exchangers, Drums, Pits...)
فايل پيوست

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات: Air Separation Units, Heat Exchangers, Horizontal & Vertical Drums, Pits پالایشگاه ها و مجتمعهای پتروشیمی مجموعه هایی متشکل از تجهیزات گوناگون صنعتی هستند؛ تجهیزاتی ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 9500 تومان
 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

3 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون های تجهیزات دینامیک: Compressors & Pumps (reciprocating & centrifugal), Oil-Water Skid
فايل پيوست

3 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات دینامیک: Compressors & Pumps (reciprocating & centrifugal), Oil / Water Skid در ساخت یک مجتمع پتروشیمی تجهیزات متعددی مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 12500 تومان
 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

دستورالعمل جامع آشنایی با اصول طراحی سکوهای ثابت فلزی دریایی
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 25000 تومان

دستورالعمل کاربردی و گام به گام طراحی سازه های باز بتنی (پایپ رک ها) و فونداسیون
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 15000 تومان

دستورالعمل طراحی سازه های فولادی به روش DIRECT ANALYSIS METHOD بر اساس آئین نامه AISC با استفاده از نرم افزارهای SAP و ETABS
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 12500 تومان

دستورالعمل طراحی فونداسیون های تجهیزات ارتعاشی (چرخشی، رفت و برگشتی)ـفارسی
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 12500 تومان

تقویت کننده ی شبه تفاضلی کلاس-AB برمبنای اینورتر CMOS برای کاربردهای HF
فايل پيوست

 Abstract This paper presents a CMOS inverter-based c1ass-AB pseudo differential amplifier for HF applications using new sim pIe rail-to-rail CMFB circuit. The proposed circuit em ploys two CMOS inverters and the ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 5000 تومان

روش جاروب رو به عقب، برای حل پخش بار در شبکه های توزیع
فايل پيوست

Abstract A methodology for the analysis of radial or weakly meshed distribution systems supplying voltage dependent loads is here developed. The solution process is iterative and, at each step, loads are ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 8000 تومان

بازسازی سه بعدی و تشخیص چهره با استفاده از ICA مبتنی بر هسته و شبکه های عصبی
فايل پيوست

Abstract Kernel-based nonlinear characteristic extraction and classification algorithms are popular new research directions in machine learning. In this paper, we propose an improved photometric stereo scheme based on improved kernel-independent component ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 9000 تومان

ناحیه کاربری

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد. ایمیل خود را وارد نمایید.

رمز عبور خود را وارد نمایید.

مجله اینترنتی دیتاسرا
کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به گروه نرم افزاری دیتاسرا می باشد.
ایمیل:
support.datasara[AT]gmail[دات]com

Copyright © 2018