Ungrounded Haptic Interfaces for Guidance and Interaction Rendering
Interfaces haptiques non fondées pour le guidage et le rendu d'interaction
Résumé
Ungeerdete haptische Systeme spielen eine Schlüsselrolle in der Mensch-Roboter-Umwelt-Interaktion. Die Herausforderungen liegen in der Entwicklung dieser Geräte, einschließlich des mechatronischen Designs, der haptischen Rendering-Algorithmen und dem Verständnis der haptischen Wahrnehmung.
In dieser Arbeit stellen wir das Design mehrerer ungeschliffener (tragbarer und handgehaltener) haptischer Geräte vor, die in der Lage sind, verschiedene Berührungsempfindungen für den Menschen zu erzeugen, um sie für die Navigation und die Darstellung der Umgebung einzusetzen. Im ersten Beitrag erforschen wir die Entwicklung von kutanen Geräten, die an mehreren Körperpositionen getragen werden können, um Positions-/Lage-Feedback in Navigationsszenarien zu erhalten. Im zweiten Beitrag stellen wir den Entwurf eines parallelen Mechanismus für die kinästhetische haptische Darstellung für die Bewegungsführung der Hand und die Darstellung von Berührungen vor. Im dritten Beitrag stellen wir eine Reihe von handmontierten Handgeräten mit austauschbaren Endeffektoren vor, die auch die Erforschung weicher und verformbarer Materialien für die Wiedergabe von Berührungsempfindungen inspirieren. Im letzten Beitrag schließlich untersuchen wir die Wirksamkeit von haptischem Feedback (kinästhetisch, vibrotaktil) für das Training motorischer Fähigkeiten in der virtuellen Realität.
Unground haptic systems play a key role in the human-robot-environment interaction, the challenges lie in the development of these devices, including the mechatronic design, haptic rendering algorithms, and the understanding of haptic perception.
In this thesis, we present the design of multiple ungrounded (wearable and handheld) haptic devices able to generate diverse touch sensations for the human for the application of navigation and rendering environment. In the first contribution, we explore the development of multiple-body-position wear cutaneous device for applying position/location feedback in navigation scenarios. In the second contribution, we present the design of constrained parallel mechanism for kinesthetic haptic rendering for hand motion guidance and encounter-type touch rendering. In the third contribution, we present a set of hand-mounted palmar devices with interchangeable end-effectors, which also inspire the exploration of soft and deformable materials for touch sensation rendering. Finally, in the last contribution, we study the effectiveness of haptic feedback (kinesthetic, vibrotactile) for motor skill training in virtual reality.
Les systèmes haptiques sans sol jouent un rôle clé dans l'interaction homme-robot-environnement, les défis résident dans le développement de ces dispositifs, y compris la conception mécatronique, les algorithmes de rendu haptique, et la compréhension de la perception haptique.
Dans cette thèse, nous présentons la conception de plusieurs dispositifs haptiques non ancrés dans le sol (portables et de poche) capables de générer diverses sensations tactiles pour l'homme en vue de l'application de la navigation et du rendu de l'environnement. Dans la première contribution, nous explorons le développement d'un dispositif cutané à porter sur plusieurs positions du corps pour appliquer un retour d'information sur la position et l'emplacement dans des scénarios de navigation. Dans la deuxième contribution, nous présentons la conception d'un mécanisme parallèle contraint pour le rendu haptique kinesthésique pour le guidage des mouvements de la main et le rendu tactile de type rencontre. Dans la troisième contribution, nous présentons un ensemble de dispositifs palmaires montés sur la main avec des effecteurs terminaux interchangeables, qui inspirent également l'exploration de matériaux souples et déformables pour le rendu des sensations tactiles. Enfin, dans la dernière contribution, nous étudions l'efficacité du retour haptique (kinesthésique, vibrotactile) pour l'entraînement des capacités motrices en réalité virtuelle.
I sistemi aptici non a terra giocano un ruolo chiave nell'interazione uomo-robot-ambiente; le sfide risiedono nello sviluppo di questi dispositivi, tra cui la progettazione meccatronica, gli algoritmi di rendering aptico e la comprensione della percezione aptica.
In questa tesi, presentiamo la progettazione di dispositivi aptici multipli (indossabili e palmari), non collegati a terra, in grado di generare diverse sensazioni tattili per l'uomo per l'applicazione di navigazione e rendering ambientale. Nel primo contributo, esploriamo lo sviluppo di un dispositivo cutaneo indossabile a posizione multipla del corpo per l'applicazione di un feedback di posizione/località in scenari di navigazione. Nel secondo contributo, presentiamo la progettazione di un meccanismo parallelo vincolato per il rendering aptico cinestesico per la guida del movimento della mano e il rendering tattile di tipo encounter. Nel terzo contributo, presentiamo una serie di dispositivi palmari montati sulla mano, con effettori finali intercambiabili, che ispirano anche l'esplorazione di materiali morbidi e deformabili per il rendering delle sensazioni tattili. Infine, nell'ultimo contributo, studiamo l'efficacia del feedback aptico (cinestesico e vibrotattile) per l'allenamento delle abilità motorie nella realtà virtuale.
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