Программно-аппаратная архитектура системы управления антропоморфной кистью робота

Представлены результаты разработки и реализации программно-аппаратной архитектуры системы управления для адаптивной антропоморфной роботизированной кисти. Рассматривается возможность интеграции разработанного захватного устройства в контур управления робота iCub с сохранением функциональных возможностей и гибкости реализации алгоритмов управления. Это достигается посредством прототипирования системы управления как самостоятельного модуля, подключаемого к роботу iCub через сетевой интерфейс Ethernet. Обмен данными между захватным устройством и роботом iCub имеет высокую стабильность и производительность с частотой управления 2 кГц при задержке не более 310 мкс и джиттере ниже 50 мкс. Тестирование программно-аппаратной архитектуры системы управления продемонстрировало высокую точность управления положением (±1) и тактильным усилием (±0,15 Н) проксимальных фаланг пальцев.

1. Piazza C. et al. A Century of Robotic Hands // Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems. 2019. Vol. 2. P. 1—32. DOI: 2.1-32.10.1146/annurev-control-060117-105003.

2. Simpkins C. Mechanisms and Machine Science: Grasping in Robotic System // Robotics & Automation Magazine, IEEE. 2013. Vol. 20. P. 94—94. DOI: 10.1109/MRA.2012.2236252.

3. Metta G., Fitzpatrick P. Better vision through manipulation // Adaptive Behavior. 2003. Vol. 11, N 2. P. 109—128. DOI: 10.1177/10597123030112004.

4. Parmiggiani A., Maggiali M., Natale L. et al. The Design of the iCub Humanoid Robot // Intern. Journal of Humanoid Robotics. 2012. Vol. 9, N 4. DOI: 10.1142/S0219843612500272.

5. Borisov I. I., Khomutov E. E., Kolyubin S. A., Stramigioli S. Computational design of reconfigurable underactuated linkages for adaptive grippers // IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS). IEEE, 2021.

6. Müller V. C., Hoffmann M. What is morphological computation? On how the body contributes to cognition and control //Artificial Life. 2017. Vol. 23, N 1. P. 1—24.

7. Борисов И. И., Защитин Р. А., Борисова О. В., Колюбин С. А. Алгоритм структурно-параметрического синтеза механизмов адаптивных захватных устройств со звеньями переменной длины // Изв. вузов. Приборостроение. 2020. T. 63, № 5. С. 467—475. DOI: 10.17586/0021-3454-2020-63-5-467-475.

8. Jamali N. et al. A new design of a fingertip for the iCub hand // IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS). IEEE, 2015. DOI: 10.1109/IROS.2015.7353747.

9. Schmitz A. et al. Design, realization and sensorization of the dexterous iCub hand // Proc. of the 10th IEEE-RAS Intern. Conf. on Humanoid Robots. IEEE, 2011. P. 186—191. DOI: 10.1109/ICHR.2010.5686825.

10. Sönmez Ö. Numerical Analysis of an Electromagnetic Plunger // European Journal of Science and Technology. 2020. P. 170—175. DOI: 10.31590/ejosat.803129.

11. Tenzer Y., Jentoft L., Howe R. The feel of mems barometers:Inexpensive and easily customized tactile array sensors // Robotics Automation Magazine, IEEE. 2014. Vol. 21. P. 89—95. DOI: 10.1109/MRA.2014.2310152.

12. Casalino G., Giorgi F. et al. Embedded FPGA-based control of a multifingered robotic hand // IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation. 2003. N 3. DOI:10.1109/robot.2003.1242014.

13. Zeng J., Yi P. et al. MESO-ADC: The ADC design using MESO device // Microelectronics Journal. 2021. P. 116. DOI: 10.1016/j.mejo.2021.105235.

14. Lee Y. K. Design of exoskeleton robotic hand/arm system for upper limbs rehabilitation considering mobility and portability // Proc. of the 11th Intern. Conf. on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI). 2014. DOI: 10.1109/URAI.2014.7057385.

15. Liu H., Wu K. et al. A dexterous humanoid five-fingered robotic hand // Proc. of the 17th IEEE Intern. Symp. on Robot and Human Interactive Communication. 2018. DOI:10.1109/roman.2008.4600694.

16. Sartori E., Fiorini P., Muradore R. Cutaneous feedback in teleoperated robotic hands // 42nd Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society. IECON 2016. DOI:10.1109/iecon.2016.7792990.