Advances and Perspectives in Using Medical Informatics for Steering Surgical Robots in Welding and Training of Welders Applying Long-Distance Communication Links

• Autorzy: Prusak Zbigniew , Tadeusiewicz Ryszard , Jastrzębski Ryszard , Jastrzębska Ilona

Identyfikatory

DOI

10.26628/wtr.v92i5.1116

Warianty tytułu

PL

Postępy i perspektywy wykorzystania informatyki medycznej do sterowania robotami chirurgicznymi w spawaniu i szkoleniu spawaczy korzystających z połączeń komunikacji na duże odległości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper discusses various challenges in remote welding with a surgical robot equipped with a digital camera used to observe the welding zone, in particular the difficulty in detecting the boundaries of the weld pool. The difference in the processing of the real image by the human brain is discussed in comparison with the image in the form of a film from a digital camera. In addition to the need of performing the second derivative of the image in real-time, three models of human recognition of an image were discussed, one of which was already studied by researchers from Cambridge, UK. The concept of melting the base material by bending the weld pool with the pressure of non-ionized arc gases and the American implementation of the measurement of the third dimension of the weld pool and determining the weld penetration by electronics of the welding machine are discussed. Desired movement trajectories of the electrode tip based on the physics of the welding arc and welding technology are presented along with difficulties in teaching the movements to welding trainees. Basics of the neural model of the brain with the vector model of artificial intelligence are also presented.

PL

W artykule omówiono różne wyzwania związane ze spawaniem zdalnym za pomocą robota chirurgicznego wyposażonego w kamerę cyfrową do obserwacji strefy spawania, w szczególności dyskutowano trudność w wykrywaniu granic jeziorka spawalniczego. Omówiono różnicę w przetwarzaniu obrazu rzeczywistego przez ludzki mózg w porównaniu z obrazem w postaci filmu z aparatu cyfrowego. Oprócz potrzeby wykonania drugiej pochodnej obrazu w czasie rzeczywistym, omówiono trzy modele rozpoznawania obrazu przez człowieka, z których jeden był już badany przez naukowców z Cambridge w Wielkiej Brytanii. Omówiono koncepcję topienia materiału podstawowego przez zaginanie jeziorka spawalniczego ciśnieniem niejonizowanych gazów łukowych oraz amerykańską implementację pomiaru trzeciego wymiaru jeziorka spawalniczego i określania wtopienia stymulowanego przez elektronikę spawarki. Przedstawiono pożądane trajektorie ruchu końcówki elektrody w oparciu o fizykę łuku spawalniczego i technologię spawania oraz trudności w uczeniu ruchów praktykantów. Przedstawiono również podstawy neuronowego modelu mózgu wraz z modelem wektorowym sztucznej inteligencji.

Słowa kluczowe

EN

remote welding; artificial intelligence; augmented reality; welding mask; weld pool; UHTC; arc plasma

PL

spawanie zdalne; sztuczna inteligencja; rzeczywistość rozszerzona; maska spawalnicza; jeziorko spawalnicze; UHTC; plazma łukowa

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Welding Technology Review
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 92, nr 5
• Strony: 37--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Prusak Zbigniew

• Central Connecticut State University, New Britain, CT, USA

autor

Tadeusiewicz Ryszard

• AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland

autor

Jastrzębski Ryszard

• Institute for Joining of Metals, Krakow, Poland

autor

Jastrzębska Ilona

• AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Dobrowolski Z., Tadeusiewicz R., Robotyka Urologiczna. Kraków, Poland, Lettra Graphic Publ., 2014.
• [2] Paton B.E., Krivtsun W.I., Marynsky G.S., Chernets I.Y., Khudetsky Y.N., Lankin S.E., et al., Zgrzewanie oraz obróbka termiczna żywych tkanek prądem o podwyższonej częstotliwości. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 2014,(5), 92-101.
• [3] Tadeusiewicz R., Jastrzębska I., Jastrzębski R., Możliwości stworzenia maski spawalniczej z komputerowym przetwarzaniem przestrzennego obrazu zamiast filtrów spawalniczych. Welding Technology Review, 2016, Vol. 88(1), 17-22. https://doi.org/10.26628/ps.v88i1.558
• [4] Fabijańska A., Algorithms of image quality improvement in high-temperature measurements of physico-chemical properties of selected metals and their alloys. Ph.D. Diss. Łódź, Łódź University of Technology, 2007.
• [5] Fabijańska A., A survey of subpixel edge detection methods for images of heat-emitting metal specimens. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science, 2012, 695-710. https://doi.org/10.2478/v10006-012-0052-3
• [6] Łaski P.S., Pietrala D., Delta robot with pneumatic muscles for medical applications. Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie, 2019, Vol. 139(4), 36-41.
• [7] Jastrzębski R., Control of MIG/MAG welding machines. Welding International, 2014, Vol. 29(16), 454-6. https://doi.org/10.1080/09507116.2014.937592
• [8] Chmielewski T., Siwek P., Chmielewski M., Piątkowska A., Grabias A., Golański D., Structure and selected properties of arc sprayed coatings containing in-situ fabricated Fe-Al intermetallic phases. Metals, 2018, Vol. 8(12), 1059. https://doi.org/10.3390/met8121059
• [9] Wang Z., Zhang Y.M., Wu L., Measurement and estimation of weld pool surface depth and weld penetration in pulsed gas metal arc welding. Welding Journal (Miami, Fla), 2010, Vol. 89, 117-126.
• [10] Lucas W., Bertaso D., Melton G., Smith J., Balfour C., Real-time vision-based control of weld pool size. Welding International, 2012, Vol. 26(4), 243-50. https://doi.org/10.1080/09507116.2011.581336
• [11] Gontarz G., Golański D., Chmielewski T., Properties of Fe-Al Type Intermetallic Layers Produced by AC TIG Method. Advances in Materials Sciences, 2013, Vol. 13(3), 5-16. https://doi.org/10.2478/adms-2013-0007
• [12] Sukamu M., Tsuboi R., Kubo K., Asai S., Development of welders training support system with Visual Sensors. In: IIW document or XII-1813-04, Proceedings of IIW Conference, Osaka, Japan, 2004. p. 103-108.
• [13] Yamamoto K., Tanaka M., Tashiro S., Nakata K., Yamazaki K., Yamamoto E., et al., Metal vapour behaviour in thermal plasma of gas tungsten arcs during welding. Science and Technology of Welding and Joining, 2008, Vol. 13(6), 566-72. https://doi.org/10.1179/174329308X319235
• [14] Olsen H.N., Thermal and electrical properties of an argon plasma. The Physics of Fluids, 1959, Vol. 2(6), 614-23.
• [15] Jastrzębska I., Hercynite solid solutions - synthesis, properties and applications. Ph.D. Diss. Kraków, AGH University of Science and Technology, 2017.
• [16] Lindsay P.H., Norman D.A., Human information processing. An introduction to psychology. New York, Academic Press, 1972.
• [17] Shabalin L.I., Ultra-High Temperature Materials II: Refractory Carbides I (Ta, Hf, Nb and Zr Carbides).Springer, 2019.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).