Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Ograniczenia technologiczne chirurgii robotowej na przykładzie robota ROCH-1

Leniowska L., Leniowski R.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2016

|

Vol. 22, nr 3

138--145

PL

ROCH-1 to manipulator przeznaczony do wspomagania chirurgii małoinwazyjnej. Prototyp zbudowany jest z 6 modułów, o zróżnicowanych długościach i o średnicach ok. 10 mm, połączonych przegubami. Poszczególne człony wyposażone są w mechaniczny interfejs, zapewniający modułowość konstrukcji oraz posiadają własny napęd. Artykuł prezentuje istotne ograniczenia technologiczne, konstrukcyjne i w zakresie sterowania, jakie występują obecnie w obszarze chirurgii robotowej. Jest to zbiór wniosków, jakie zebrał zespół konstruktorów robota ROCH-1 w ciągu 3 lat pracy. Jak się wydaje, przynajmniej połowa z wymienionych ograniczeń będzie wymagała rozwiązania w ciągu najbliższych kilku lat. Dodatkowym problemem dla konstruktorów może być także stałe dążenie do minimalizacji średnicy manipulatora (docelowo ok. 6–7 mm), ponieważ rany pooperacyjne powinny być jak najmniejsze. Miniaturyzacja stwarza poważne ograniczenia, których rozwiązanie może być bardzo kosztowne i w konsekwencji spowolni rozwój chirurgii robotowej.

EN

ROCH-1 is a manipulator designed to assist in minimally invasive surgery. The prototype is composed of six modules of varying lengths and diameters approx. 10 mm, connected by joints. The individual units have a mechanical interface providing the modular design and have their own drive. The article presents significant technological limitations in terms of technology, control and construction, which currently exist in the field of surgical robotics. It is a collection of conclusions, which were assembled by a team of ROCH-1designers within three years of their work. It seems that at least half of these limitations will need to be resolved within the next few years. An additional problem for the constructors may also be continuous efforts to minimize the diameter of the manipulator (target: approx. 6−7 mm), because the surgical wounds should be as small as possible. Miniaturization creates serious limitations, the solution of which can be very expensive and consequently slow down the development of surgical robotics.

2

Modelowanie realistycznej przestrzeni operacyjnej na podstawie obrazów dicom

Leniowski R., Meissner J.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2016

|

Vol. 22, nr 4

245--260

PL

Praca przedstawia metody modelowania realistycznej przestrzeni medycznej na podstawie danych diagnostyki obrazowej zgodnych ze standardem DICOM. Zawiera krótki przegląd współczesnych zastosowań trójwymiarowych wizualizacji w medycynie oraz opisuje metodę pozwalającą na odczytywanie zdjęć diagnostyki obrazowej zapisanych w plikach DICOM. Dla ciągu dwuwymiarowych obrazów następuje wyznaczenie konturów ludzkich narządów. Kontury łączy się względem osi Z i w efekcie otrzymuje się trójwymiarowa siatkę obiektów w przestrzeni ograniczonej powierzchnią skóry. Jednym z tych obiektów jest również przestrzeń operacyjna. Implementację komputerową metody wykonano w języku C++ przy wykorzystaniu bibliotek SFML, SFGUI, Boost, DCMTK oraz OpenGL. Aplikacja odczytuje ciągi zdjęć procedury diagnostycznej, a następnie określa granice interesującego obszaru, wylicza wierzchołki węzłowe siatki modelu trójwymiarowego i renderuje scenę.

EN

The aim of this work was to develop methods that are able to model realistic surgical site, using DICOM-compliant images. The theoretical issues include significance of 3D visualizations in modern medicine for diagnostic and surgical use. The practical part of this work has been focused on creating a C++ application, using SFML, SFGUI, DCMTK, boost, and OpenGL libraries for reading sequences of images stored in DICOM standard files, and then using them for tracing contours of human organs. Contours were then used for 3D visualization of surgical site. patient.

3

Modelowanie endoprotez – drukarki 3D i 5D w zastosowaniach medycznych

Leniowski R., Nitek S., Rzeszutek M., Ryk Ł., Tomecki K., Wroński M., Kucharczyk M.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2016

|

Vol. 22, nr 4

226--233

PL

Praca przedstawia autorskie podejścia do modelowania powłok oraz obiektów wolumetrycznych o porowatej strukturze, wytwarzanych za pomocą drukarek 3D i 5D, które mogą być wykorzystane jako endoprotezy w zastosowaniach medycznych. W pierwszej kolejności zaproponowano generowanie otwartych oraz częściowo zamkniętych powłok opartych na trzech rodzajach siatek: trójkątnej, czworokątnej i heksagonalnej. Dla tej ostatniej, korzystając z notacji Bravisa, podano trzy równania generujące struktury Armchair, Chiral, Zig-zag. Dla wolumetrycznych obiektów porowatych rozważano metody wytwarzania bazujące na strukturach krystalograficznych oraz parametrycznych funkcjach generacyjnych. Zaproponowano optymalizację kształtu przestrzennych łączników, które opisano analitycznymi powierzchniami czwartego rzędu, poprawiających własności mechaniczne struktury. Dla powłok przeprowadzono szacowanie kosztów wykonania przedmiotu biorąc pod uwagę ilość zużytego materiału. Opisano również etapy procesu przetwarzania danych od momentu wczytania pliku STL (niezwiązana lista trójkątów) do wytworzenia zapisu poleceń (w standardzie G-code) dla drukarki 3D. Zasygnalizowano również tematykę technologii druku 5D przewidzianą do realizacji na nowatorskiej drukarce 5D.

EN

The paper presents original modelling approaches to the shells and volumetric porous structures produced by the application of 3D and 5D printers. These devices can be used to create endoprosthesis for medical applications. Based on the three types of meshes: triangular, rectangular, and hexagonal, the problem of generating open and partially closed shells has been considered. For porous volumetric structures the parametric generative function uses BRAVIS notation and crystallographic structures has been formed. To improve the mechanical properties of the structure, the shape of the all nodes has been replaced by local fourth order analytical surfaces. Proposed modeling method takes into account the cost of manufacturing and amount of used material. The paper also describes the stages of the STL data processing starting from the file loading (unbound list of triangles) to generating control commands (standard G-code) for a 3D printer. Some problems referring to the innovative printing technology 5D has been also described.

4

Sterowanie mikrosilników o bardzo wysokich prędkościach obrotowych sprzężonych z wielostopniowymi przekładniami planetarnymi

Leniowski R., Leniowska L.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2012

|

z. 182, t. 1

160--175

PL

W pracy przedstawiono analizę problem sterowania miniaturowymi silnikami typu BLDC, pracującymi w bardzo szerokim zakresie prędkości obrotowych: 0-65 000 [obr/min] i sprężonych z wielostopniowymi przekładami planetarnymi. Cztery takie silniki stanowią napęd wieloczłonowego robota chirurgicznego ROCH-1, przeznaczonego do wykonywania małoinwazyjnych operacji, którego prototyp powstaje w ramach projektu badawczego MNiSzW 237/B/T02/2010/38. Cechą miniaturowych silników BLDC jest niskie napięcie zasilania (od 3 do 5 V), które może komplikować precyzyjne sterowanie robotem w zakresie wolnych ruchów. Na pracę całego układu napędowego silny wpływ mają oddziaływania wielostopniowych przekładni planetarnych z powodu występowania tarcie i deformacji sprężystych ich części składowych. Aby poprawić jakość sterowania, zaproponowano zastosowanie w układzie regulatora prądu dodatkowej pętli, kompensującej spadki napięć na kluczach tranzystorowych oraz zastosowano układy PWM o wysokiej rozdzielczości, tzw. HRPWM. Testowano działanie zmodyfikowanego serwomechanizmu z regulatorem typu RST, który będzie implementowany na sterownik zbudowany w oparciu o specjalizowany układ Stellaris LM3S8971. Przeprowadzone badania potwierdziły poprawę precyzji sterowania w pełnym pasmie pracy, a zwłaszcza w zakresie niskich prędkości obrotowych.

EN

The paper presents an analysis of the problem of controlling the BLDC micro-motors, working in a very wide speed range: 0-65 000 [rpm], and coupled with multi-stage planetary gears. Four such motors constitute a drive of multilink robot ROCH-1, designed to perform minimally invasive surgery, whose prototype is being developed though a research project MNiSzW 2376/B/T02/2010/38. The feature of BLDC micro-motors is low voltage (from 3 to 5 V), which can complicate the precise control of the robot in the range of slow movements. The work of the entire propulsion system strongly affected the impact of multi-stage planetary gears because of the presence of friction and elastic deformation of its components. To improve the quality control system, the additional current controller loop to compensate voltage drops of transistor keys is proposed and also PWM circuits with high resolution, so called HRPWM are used. We tested the modified servo operation of a RST controller, which will be implemented on the controller built on a dedicated system Stellaris LM3S8971. The study confirmed the improvement in the precision control of a full working band, and especially at low speeds.

5

Modelowanie narządów wewnętrznych człowieka za pomocą wielościanów na potrzeby systemu treningowego dla robota chirurgicznego ROCH-1

Leniowski R., Zima M., Jurkowski S.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2012

|

z. 182, t. 1

115--127

PL

Modele matematyczne miękkich tkanek spełniają istotną role w wirtualnych narzędziach treningowych stosowanych w chirurgii małoinwazyjnej. Umożliwiają one modelowanie i symulację zjawisk zachodzących podczas rzeczywistej operacji tkanką. W pracy zaproponowano oryginalną koncepcję modelowania narządów wewnętrznych człowieka w oparciu o elementarny model składowy o zredukowanej dynamice, który ma kształt wielościanu. Zastosowany model masa – sprężyna – tłumik (MSD) tworzy strukturę bryłową, ma własności lepko-sprężyste, zbliżone do tkanki biologicznej i reaguje prawidłowo na oddziaływania zewnętrzne, powodujące deformację elementu. Wielościan, nazywany dalej „kostką”, można dopasować do rozpatrywanego narządu człowieka poprzez modyfikację jego parametrów. „Kostkę” charakteryzuje ponadto łatwa implementacja programowa, dzięki czemu model fizyczny połączono z modelem graficznym, uzyskując wirtualne narządy (jelito grube, serce, nerkę), o bardzo realistycznych właściwościach. Istotne jest również to, że bieżąca implementacja modelu uwzględniania oddziaływania grawitacyjne oraz ciśnienia: wewnętrzne i zewnętrzne, występujące w warunkach rzeczywistych. Opracowany model wykorzystano do wytworzenia wirtualnej postaci jelita grubego, które poddano prostym i złożonym deformacjom. Jelito grube jest częścią składową systemu treningowego, opracowanego dla prowadzenia wirtualnych zabiegów (treningów) z użyciem robota chirurgicznego ROCH-1.

EN

Mathematical models of soft tissues play an important role in virtual simulation of surgical robots. The paper described an original adaptation of the reduced model of a polyhedron, which is very well suited for modeling of human organs (soft tissue). The proposed model MSD (mass-spring-damper) creates a solid structure which has viscoelastic properties similar to biological tissue. The elementary polyhedron, called the “cube”, can be tuned, depending on the type of human organs in question, by modifying the material parameters. Moreover, the “cube” is characterized be easy implementation of the program, so that the physical model is combined with a graphical model, to yield organs behaving very realistic. It should be noted that the current implementation of the model takes into account: gravitation, internal and external pressure and forces that occur in real terms. The example shows the complex deformations of the large intestine. This organ is part of the simulator software, developed for conducting virtual operations using a surgical robot ROCH-1.

6

Generowanie przestrzennej trajektorii robota chirurgicznego za pomocą półprzewodnikowego sensora ruchu o 6 stopniach swobody

Leniowski R.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2012

|

R. 16, nr 2

410-415

PL

Praca prezentuje alternatywne podejście do konstrukcji zadajnika trajektorii robota chirurgicznego, polegające na wykorzystaniu sprzężonych sensorów ruchu typu MEMS: kompasu, żyroskopu, akcelerometru. Miniaturowy moduł z tymi układami może być nakładany bezpośrednio na dłoń chirurgaoperatora lub na jego palce. Zaletą takiego zadajnika jest nie tylko niska cena, ale również wysoka funkcjonalność, związana z otwartością na dodawanie nowych modułów programowych. Przykładem wbudowanej funkcji może być generator ścieżki dojścia do pola zabiegu, wykorzystujący wielomiany sklejane w reprezentacji Catmull-Rom. Dodatkowo, zadajnik tego typu jest bardzo mały i łatwy do zastosowania w systemie mobilnym (karetka pogotowia, polowy ambulans wojskowy).

EN

The paper presents an alternative approach to the construction of the surgical robot trajectory haptic console by the use of motion MEMS type sensors: compass, gyro, accelerometer. Miniature module with these elements can be applied directly to the surgeon's hand or can be located on his fingers. The advantage of this device is not only low price, but also a high level of functionality associated with openness to adding new software modules. An example of built-in function can be the generator of a come path to the surgery field by the use of spline polynomials in the Catmull-Rom representation. In addition, the haptic console is very small and easy to use in mobile systems (military field ambulances).

7

The Joint Vibration Analysis of a Multi-Link Surgical Manipulator

Leniowska L., Leniowski R.

Archives of Acoustics

|

2012

|

Vol. 37, No. 4

475-482

EN

This paper presents a vibration analysis of a multi-link surgical micromanipulator joint, based on its detailed mathematical model. The manipulator’s prototype contains 6 links with the diameter of 8–10 [mm] and with the length of the modules of about 130 [mm]. It is driven by brushless servomotors with worm and planetary gears, for which the total transmission ratio is above 1/10000. Regarding the low efficiency of micro-robot drive systems and its vibrations, a reliable joint model and its performance is crucial for the development of a high-precision control system. To achieve the required accuracy, modelling framework has been enriched with an advanced model of friction. Simulation results are presented and discussed.

8

Mathematical model of a multi-link surgical manipulator joint with an antiseptic coating

Leniowski R., Leniowska L.

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2011

|

Vol. 5, No. 3

21-26

EN

We present a synthesis of the mathematical model of a joint of a new generation multi-link surgical micromanipulator. A design of such a device involves finding solutions for several difficult problems which do not appear in classical 'large' robots.Aprototype in development has six links, and it is driven by brushless servomotors with planetary and worm gears, for which the total transmission ratio is above 10000:1. Most importantly, whole construction is covered by an antiseptic coating which substantially changes manipulator's dynamics. Because of the complicated form of the drive model with three-stage planetary gearings and coating interactions, control of such system is significantly different from control of a typical industrial robot. This paper presents a synthesis of the model of the joint, which can be used to design the control system. In this work the derived model is used to examine joint's properties and characteristics. Results are presented graphically and discussed.

9

Projekt wieloczłonowego manipulatora chirurgicznego nowej generacji

Leniowski R., Pajda R., Leniowska L., Cieślik J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2010

|

z. 175, t. 1

63-78

PL

W artykule opisano prototyp manipulatora chirurgicznego o modułowej, wieloprzegubowej strukturze, projektowanego z myślą o mało inwazyjnych operacjach wewnątrz ciała pacjenta. Przedstawiono budowę całej konstrukcji o średnicy członów 10 [mm] i długości ok. 130 [mm] oraz budowę poszczególnych jego modułów. Oprócz aspektów konstrukcyjnych omówiono także elementy napędowo-pomiarowe oraz miniaturowe sterowniki wbudowane w manipulator. Zwrócono uwagę na problem prowadzenia wewnętrznego okablowania, a zwłaszcza na pokonanie barier, jakie stanowią kolejne przeguby oraz niezwykle mała średnica manipulatora. Opisana w artykule konstrukcja jest przedmiotem zgłoszenia patentowego.

EN

This paper describes the prototype of a multi-link surgical manipulator designed for use in minimally invasive surgery operations. A structure of all construction with diameter of the modules about 10 [mm] and the length of the modules about 130 [mm], together with a detailed description of each link is presented. Besides of some constructional aspects, the measuring and drive elements, as well as, microcontrollers applied are discussed. Additionally, a special attention has been paid to problem of wire up the described construction with internal cables, especially to overcome barriers generated by joints and extremely small diameter of the manipulator. The presented multi-link surgical manipulator construction is registered as application for a patent.

10

Model matematyczny przegubu wieloczłonowego robota chirurgicznego z powłoką antyseptyczną

Leniowski R., Leniowska L.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2010

|

z. 175, t. 1

79-90

PL

Praca prezentuje syntezę modelu matematycznego przegubu miniaturowego, wieloczłonowego robota chirurgicznego nowej generacji, którego projekt powstał w ramach realizacji grantu MNiSzW 2376/B/T02/2010/38. Jego ramię składa się z 6 członów, o średnicy ok. 10 mm, napędzanych miniaturowymi silnikami elektrycznymi poprzez zespół przekładni planetarnych i ślimakowych, o łącznym przełożeniu powyżej 1/10000. Istotną cechą robota jest powłoka antyseptyczną, która pokrywa całą konstrukcję. Z uwagi na skomplikowany model dynamiki napędu z trójstopniowymi przekładniami planetarnymi oraz oddziaływania zewnętrznej, elastycznej powłoki, sterowanie takim układem znacząco różni się od sterowania typowym robotem przemysłowym. Wiarygodny model przegubu umożliwia dobranie metody identyfikacji jego parametrów oraz projektowanie precyzyjnego i bezpiecznego układu sterowania.

EN

This paper presents a synthesis of the mathematical model of a multi-link surgical micromanipulator joint. The manipulators' prototype contains 6 links with diameter of 8-10 [mm] and with the length of the modules about 130 [mm]. It is driven by brushless servomotors with worm and planetary gears, for which the total transmission ratio is above 1/10000. Essential feature of manipulator is an antiseptic coating which covers all the construction. Because of the complicated form of the drive model and the external coating interactions, a control of such system is significantly different from typical industrial robot control. Reliable joint model enables to develop appropriate control system and to select a method of parameters identification.

11

Aktywne modyfikowanie elastyczności ramion lekkich robotów

Leniowski R.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2010

|

R. 14, nr 2

645-654

PL

Lekkie roboty (LWR) są nową generacją urządzeń przeznaczonych do zastosowań przemysłowych, które zaprojektowano tak mogły wykonywać czynności w otoczeniu człowieka. Z powodu zredukowanej masy ramion są podatne na deformacje oraz charakteryzują się złożonym modelem dynamiki, co w konsekwencji zmusza do stosowania złożonych układów sterowania. Praca prezentuje cząstkowe wyniki prowadzonych badań dotyczących sterowania LWR. Opisywane są trzy metody kontrolowania sztywności ramion traktowanych jako powłoki. Wyniki badań symulacyjne ramienia wykonującego trzy ruchy obrotowe są obiecujące w kontekście przyszłych zastosowań.

EN

Light-weight robots (LWR) are a new generation of industrial appliances that was designed to operate in an unknown environment with humans. Due to reduced mass such construction might to achieve a higher elasticity in the arms and a more complex dynamic behaviour, which requires advanced control techniques in order to obtain good performances and a high accuracy. This paper presents on-going research on active control of LWR arms elasticity. The three different approaches are described and tested for 3D single robot arm, which is interpreted as a cylindrical shell. Simulation results show that the proposed concepts are promising for future applications.

12

A methodology for the design of a models set of light-weight robots components

Leniowski R.

Archives of Control Sciences

|

2007

|

Vol. 17, no. 3

295-310

EN

The paper gives an overview of precise mathematical modeling of light-weight robots components. Derived set of components contains dynamic models obtained with finite element method using Legendre polynomials and models of actuators (PWM power amplifiers), transmitters (harmonic drive and tooth-belt gearboxes) and sensors (PVDF, vision sensor and rotary encoder). The proposed gearboxes models taking into account such phenomena as: hysteresis, friction as well as torsional and longitudinal flexibility. The hysteresis has been modeled as weighted combination of individual Preisach cells to form a global operator. Friction model includes a lubricated contact force assuming dynamic behavior developed by Bliman and Sorine. The harmonic drive model describes the flexspline flexibility, that produces substantial transmission torsion. The original proposition assumes that the flexspline can be modeled as cylindrical shell FEM model based on 16 directional mesh. All analytical operations of process design stage have been done using the Maple symbolic language. The paper describes also the developed software which has been prepared as the dynamic library (C++/Cg) and as the s-function forms (for Matlab/Simulink). Both, the result of the theoretical analysis and the written software are used in ongoing research to develop variant of MRAC-type controllers for vibration cancelation.

13

Modeling of torsional vibration in harmonic drives

Leniowski R.

Archives of Acoustics

|

2007

|

Vol. 32, No. 4

923--931

EN

Harmonic Drives (HD) play a considerable role in industrial applications and precise medical equipments. They offer unique features, such as high gear ratios, high torque capacities, compact geometry, zero backslash and high efficiency. However, the torsional flexibility, friction and nonlinear hysteresis lead to complex dynamic behavior of the system, which reveals as torsional vibrations. Hence, to improve the performance of new machines, the transmission compliance and internal friction mechanism must be analyzed. This paper is concerned with precise mathematical modeling of HD. The proposed model consists of three components: hysteresis, friction and torsion flexibility. The hysteresis has been modeled as weighted combination of individual Preisach cells to form global operator, which generates adequate hysteresis curve due to measured data. Friction model includes a lubricated contact force and dynamic behavior developed by Bliman & Sorine. The last component of the HD model describes the flexspline flexibility (the flexspline is a flexible cylinder made of steel with outer teeth), that produces substantial transmission torsion. Original proposition assumes that the flexspline can be modeled as cylindrical shell FEM model (n x m degree of freedom mass-spring-damper system), based on 16 directional mesh (four neareststretch springs, four diagonal-shear springs and eight next-nearest neighbors, nonlinear bend spring). The flexspline is loaded on both sides by the various forces which are tangent to the flexspline surface. The friction torques has been taken into account on both sides of HD: one in the input side, another on the output side. Simulation results show that the developed model has satisfactory features and accuracy and can be used in ongoing research to develop variant of MRAC-type controllers for vibration cancellation.

14

Predictive feedback approach to structural vibration suppresion

Leniowski R., Leniowska L.

Archives of Control Sciences

|

2006

|

Vol. 16, no. 1

37-50

EN

The problem of active vibration control of a plate has been vastly researched and described in recent years. Theoretical and experimental results demonstrate the effectiveness of the designed controllers and indicate the potential of control techniques for reducing transient and steady state dynamics in structural acoustic systems. The examples from the computational studies, confirmed that vibration levels could be effectively reduced, however, the implementation procedures are not yet ideal, still exists the gap between experimental and simulations findings. To overcome this problem, autors propose extension for the Fuzzy-PID controller, with an on-line identification technique coupled with a control scheme, for a plate vibrationsupression. It is assumed, that the system to be regulated is unknown, the control schemes presented in this work have the ability to identify and suppress a plate vibrations with only an initial estimate of the system order. A prediction method implemented was designed using a neutral network (NN) identification algorithm, based on the well-known Runge-Kutta methods. This algorithm is similar to described by Wang and Lin [14], but it uses a copmutation structure of Runge-Kutta-3/8. with radial cosine basis neural network.

15

Zastosowanie grafiki komputerowej do wirtualnego prototypowania robotów

Leniowski R.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2005

|

R. 51, nr 1

63-65

PL

Praca prezentuje zastosowanie zbioru komponentów programowych do symulacji, animacji i wirtualnego prototypowania operacji technologicznych z użyciem robotów przemysłowych. Przy tworzeniu komponentów wykorzystano technikę programowania obiektowego oraz technologię COM [1]. Animację 3D oparto na standardzie OpenGL [2]. Współbieżnie działające procesy zbudowane z komponentów tworzą środowisko symulacyjne. Wymiana danych pomiędzy procesami realizowana jest przy pomocy interfejsu Winsock. Animacja dokonywana jest na bazie wyników uzyskiwanych z procesu symulacji (modele ODE) oraz geometrycznych modeli urządzeń i zjawisk występujących w wirtualnym gnieździe produkcyjnym. Oprogramowanie ma otwartą architekturę i pozwala dołączyć nowe komponenty jeżeli tylko spełniają założenia technologii COM. Jako przykład zastosowania zbioru komponentów zaprezentowano symulację procesu lakierowania metalowej powierzchni z uwzględnieniem szczegółów graficznego modelu robota i jego otoczenia.

EN

This paper presents the application of software components collection for simulations, animations and virtual prototyping of technological processes with the use of industrial robots. Object programming technique and COM standared have been used for components design. Three dimensional animation has been suppored by OpenGL library. The simulation environment contains concurrent working processes based on the components designed. Data exchange between such working processes is realized on the basis of Winsock interface. The animation uses geometrical machine models and simulations process data. The open architecture software allows to attach any new components if they are fulfill the requirements of COM standard. As an example of the components set application, the simulation of the metal surface varnish process has been presented. This simulation takes into account a great number of graphics details of robot model and its environment.

16

Application of Prediction Methods for Plate Vibration Suppression

Leniowska L., Leniowski R.

Molecular and Quantum Acoustics

|

2004

|

Vol. 25

159-175

EN

In this paper, predictive feedback control is used to suppress circular plate vibrations. It is assumed that the system to be regulated is unknown. The plate is excited by a uniform force over the bottom surface generated by a loudspeaker. The axially-symmetrical vibrations of the plate are measured by the application of the strain sensors located along the plate radius and two centrally placed piezoceramic discs are used to cancel the plate vibrations. The control schemes presented in this work have the ability to predict the error sensor signals, to compute the control effort and to apply it to the actuator within one sampling period. For precise estimation of system behaviour the modified Runge-Kutta-3/8 neural network algorithm has been applied and tested. This control scheme is then illustrated through some numerical examples with simulations modeling the fuzzy predictive P-PI-PD controller and the improvement gained by incorporating a feed-forward path into the controller is demonstrated.

17

Development of Active Vibration Control System for Circular Plate by Using the 2-Layer Piezo Disk Elements

Leniowska L., Leniowski R.

Mechanika / Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica

|

2003

|

T. 22, z. 3

337-346

EN

An active vibration control system is proposed for suppressing small amplitude harmonic vibrations of a thin circular plate. This system integrates control algorithms, intelligent materials, hardware and software technologies. The mathematical model of the physical system is based upon the geometry and properties of an experimental set-up consisting of a hard-walled cylinder with a thin aluminium plate at one end. Primary excitation is provided by a Iow frequency loudspeaker installed centrally at the bottom of the cylinder. The vibrations of the plate are measured by the application of strain sensors. Intelligent materials such as 2-layer piezo disk elements (PZT) are used as the actuator. For the considered system, the OE (Output Error) method of discrete-time model identification for real-time active vibration control has been applied. On the basis of this model, the control algorithm based on pole-placement method has been developed. The simulation results show that the designed structure of a close-loop system provifeedback contrdes substantial vibration suppression.

18

Active control of circular plate vibration by using piezoceramic actuators

Leniowska L., Leniowski R.

Archives of Control Sciences

|

2003

|

Vol. 13, no. 4

445-457

EN

An active vibration control system is proposed for suppressing small amplitude harmonic vibrations of a thin circular plate. This system integrates control algorithms, intelligent materials hardware and software technologies. The mathematical model of the physical system is based upon the geometry and properties of an experimantal set-up consisting of a hard-walled cylinder with a thin aluminium plate at the end. Primary excitation is provided by a low frequency loudspeaker installed centrally at the bottom of the cylinder. The vibrations of the plate are measured by the application of strain sensors. Intelligent materials such as 2-layer piezo disk elements (PZT) are used as the actuator. For the considered system, the OE (Output Error) method of discrete-time model identyfication for real-time active vibration control has been applied. On the basis of this model, the control algorithm based on pole-placement method has been developed. The obtained results show that the designed structure of a closed-loop system provides substantial vibration suppression.

19

Active Vibration Control of a Circular Plate with Clamped Boundary Condidtion

Leniowska L., Leniowski R.

Molecular and Quantum Acoustics

|

2001

|

Vol. 22

145-156

EN

The paper presents a system identification and simulation of active vibration control for a clamped circular plate as well as its expermental implementation. The model is based upon the geometry and properties of an experimental set-up consisting of a hard-walled cylinder ith a thin plate at one end. The primary excitation is provided by a low frequency loudpeaker installed centraly at the bottom of the cylinder. Vibrations of the plate are measured by the application of several pairs of strain sensors located along the plate radius. The derived control action is applied to the plate by one shaker attached pointwise in its middle (SIMO system). In particular, obtained numerical values and structure of dynamical model are used to develop the P-PID control algorithm for vibration cancellation. Finally, the laboratory results obtained for the considered plate are presented.

20

Zastosowanie biblioteki opengl do animacji robotów.

Leniowski R., Samolej S.

Prace Naukowe Instytutu Cybernetyki Technicznej Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

1998

|

Vol. 99, nr 45

125-132

PL

W pracy przedstawiono wybrane wyniki zastosowania biblioteki graficznej OpenGl oraz nowoczesnych narzędzi programowych do tworzenia animacji robotów a także innych urządzeń stanowiących elementy typowych linii technologicznych, takich jak wiertarka kolumnowa, piła tarczowa czy linia spawalnicza. Dzięki zastosowaniu biblioteki OpenGl uzyskano realistyczne obrazy działających robotów w przestrzeni trójwymiarowej oraz naturalne efekty występujące w procesach technologicznych, jak np. snopy iskier itp. Animacja dokonywana jest na bazie wyników uzyskiwanych z procesu symulacji (dynamika) oraz opracowanego geometrycznego modelu obiektu i przestrzeni roboczej. Oprogramowanie ma wbudowane opcje zmiany sposobu obserwacji sceny i definiowania jej parametrów. Możliwe jest również przesuwanie obserwatora względem robota a także dokonywanie zmiany kąta perspektywy. Do urządzeń dołączono również model geometryczny laboratorium robotyki Katedry Automatyki i Informatyki PRz uzyskując w ten sposób, prawdopodobnie, pierwsze wirtualne laboratorium robotyki w Polsce

EN

The paper deals with application of OpenGL software system to robot's animation. We consider the related problems of physically based modelling, a style of modelling in which the graphical object obey physical laws. Thus, several computer animation experiments demonstrates the fine quality of used graphical models.