In this research, a new type of haptic master device using electrorheological(ER) fluid for minimally invasive surgery(MIS) is devised and control performance of the proposed haptic master is evaluated. The proposed haptic master consists of ER bi-directional clutch/brake for 2 DOF rotational motion(X, Y) using gimbal structure and ER brake on the gripper for 1 DOF rotational motion (Z). Using Bingham characteristic of ER fluid and geometrical constraints, principal design variables of the haptic master are determined. Then, the generation of torque of the proposed master is experimentally evaluated as a function of applied field of voltage. A sliding mode controller which is robust to uncertainties is then designed and empirically realized. It has been demonstrated via experiment that the proposed haptic master associated with the controller can be effectively applied to MIS in real field conditions.
The paper presents control performance of a magnetorheological (MR) fluid-based haptic knob which is applicable to invehicle comfort functions. As a first step, MR fluid-based haptic knob is devised to be capable of both rotary and push motions with a single device. Under consideration of spatial limitation, design parameters are optimally determined to minimize a reciprocal of control torque using finite element analysis. The proposed haptic knob is then manufactured and its fielddependent torque is experimentally evaluated. Subsequently, in-vehicle comfort functions are constructed in virtual environment and make them communicate with the haptic knob. Control performances such as reflection force are experimentally evaluated via simple feed-forward control strategy.
The paper presents control performance of a magnetorheological(MR) fluid-based haptic knob which is applicable to in-vehicle comfort functions. As a first step, MR fluid-based haptic knob is devised to be capable of both rotary and push motions with a single device. Under consideration of spatial limitation, design parameters are optimally determined to minimize a reciprocal of control torque using finite element analysis. The proposed haptic knob is then manufactured and its field-dependent torque is experimentally evaluated. Subsequently, in-vehicle comfort functions are constructed in virtual environment and make them communicate with the haptic knob. Control performances such as reflection force are experimentally evaluated via simple feed-forward control strategy.
Haptic interface apparatus is the device which can offer users virtual reality not only by visualization of virtual space but also by force or tactile feedback. In this paper, we designed and fabricated a 2D haptic interface device that can be used for various purposes, and implemented a virtual air-hockey system that users can easily find in game rooms. By suitable modeling and haptic rendering, users can feel the impact and the reaction force with his/her hand holding the handle through 2D haptic interface device when he/she hit an air-hockey puck with the handle. Through the trial demonstration. we observed the reasonable effect of direction and speed of a ball like doing in reality.
Shaping realistic hairstyles for digital characters is a difficult, long and tedious task. The lack of appropriate interaction metaphors enabling efficient and simple, yet accurate hair modeling further aggravates the situation. This paper presents 3D interaction metaphors for modeling virtual hair using haptic interfaces. We discuss user tasks, ergonomic aspects, as well as haptics-based styling and fine-tuning tools on an experimental prototype. In order to achieve faster haptic rates with respect to the hair simulation and obtain a transparent rendering, we adapt our simulation models to comply with the specific requirements of haptic hairstyling actions and decouple the simulation of the hair strand dynamics from the haptic rendering while relying on the same physiochemical hair constants. Besides the direct use of the discussed interaction metaphors in the 3D modeling area, the presented results have further application potential in hair modeling facilities for the entertainment industry and the cosmetic sciences.
가상현실 분야에서는 사용자 경험의 몰입도를 극대화하기 위해 햅틱 피드백을 활용하고 발전시키려는 지속적인 노력이 있었다. 그러나 대부분의 햅틱 피드백은 진동 모터 등 경제성을 고려한 액추에이터를 사용하는 문제로 인해 제한적인 촉각 경험만을 사용자에게 제공할 수 있었다. 복싱과 같은 스포츠 시뮬레이션이나 게임에서의 타격 경험의 경우, 실제 물체를 타격하는 감각과 진동 액추에이터로 렌더링되는 감각 사이의 괴리 때문에 한계가 분명하다. 본 연구에서는 이를 주목하여, 사용자가 손으로 가상의 물체를 타격할 때 가상 임팩트를 생성할 수 있는 햅틱 임팩트 시스템을 제안했다. 햅틱 인터페이스는 퀵 리턴 메커니즘을 사용하여 엔드이펙터가 사용자의 주먹에 햅틱 임팩트 피드백을 직접 전달하고 진동 촉감을 통해서 사용자의 손바닥에 가상 임팩트 감각을 전달할 수 있도록 하였다. 제안된 시스템은 인간 대상 실험을 통해 평가하였으며 실험 결과는 햅틱 임팩트 가상 임팩트의 인지 강도와 사실감에 유의한 영향을 미친다는 것을 나타낸다.
In this paper, analysis, design, control and prototype construction of a wearable wire-driven haptic interface called HapticPen is discussed. This device can be considered as a wire driven parallel mechanism which three wires are attached to a pen-tip. Wire tensions are provided utilizing three DC servo motors which are attached to a solid frame on the user's body. This device is designed as input as well as output device for a wearable PC. User can write letters or figures on a virtual plate in space. Pen-tip trajectory in space is calculated using motor encoders and force feedback resulting from contact between pen and virtual plate is provided for constraining the pen-tip motion onto the virtual plane that can be easily setup by arbitrary non-collinear three points in space. In this paper kinematic model, workspace analysis, application analysis, control and prototype construction of this device are presented. Preliminary experiments on handwriting in space show feasibility of the proposed device in wearable environments.
This paper describes an implementation of virtual teeth modeling for a haptic dental simulation. The system allows dental students to practice dental procedures with realistic tactual feelings. The system requires fast and stable haptic rendering and volume modeling techniques working on the virtual tooth. In our implementation, a volumetric implicit surface is used for intuitive shape modification without topological constraints and haptic rendering. The volumetric implicit surface is generated from input geometric model by using a closest point transformation algorithm. And for visual rendering, we apply an adaptive polygonization method to convert volumetric teeth model to geometric model. We improve our previous system using new octree design to save memory requirement while increase the performance and visual quality.
차세대 출판문인 디지로그 북은 기존 서적과 디지털콘텐츠를 통합하여 사용자에게 아날로그적 감성과 디지털오감을 제공한다. 이러한 디지로그 북을 제작하기 위해 디지로그 북의 저작도구에 대한 연구가 진행 중이며, 본 논문에서는 디지로그 북에 사용될 콘텐츠를 저작하는 활동에서 시각과 청각에만 의존한 작업을 보다 실감 있도록 하기 위해 펜형 햅틱 사용자인터페이스를 개발하고자 하였다. 햅틱 사용자인터페이스는 디지로그 북을 저작하는 작업에서 3차원 작업공간에서 공간상에 배치되는 3차원 객체를 이동, 회전, 크기 변경 및 메뉴선택 버튼의 클릭등과 같은 다양한 작업에서 각 작업을 보다 실감 있게 하기 위한 진동 햅틱 효과를 사용자에게 제공한다. 본 연구에서는 이러한 디지로그 북의 저작 환경에 적합한 사용자인터페이스의 외형, 회로 설계, 진동패턴의 설계/내장 및 저작시스템과의 연동을 위한 프로토콜을 정의하고 이렇게 개발된 햅틱 사용자인터페이스를 사용하여 사용자평가를 간단히 실시하였다. 디지로그 북 저작 작업에서 이렇게 개발된 햅틱 인터페이스의 촉각 효과를 시청각정보와 함께 사용함으로써 디지로그 북 저작 작업을 보다 효과적으로 할 수 있기를 기대한다.
The purpose of this study is to investigate Seonyudo Park and Kkummaru in terms of haptic space. This is an attempt to escape from the limits of optical space that identifies the space with abstract concepts. Haptic perception of the space refers to feeling the space with all the senses through non-hierarchical interactions. Time of the haptic space is revealed by Deleuze's crystalline description and Bergson's pure recollection that is not useful to identify objects. According to two concepts, the running present forks into the past and the future, and the nature of time appears at the point of indiscernibility in which the past, present, and future coexist. Thought on time about the architecture provides a valid point of view to understand the relationship of visitor's sensory experience of space, recollection, and emotion. In this respect, it can be said that Joh sung-yong's two works explored for new areas of architectural experience by building up the potential image of the subject which is placed in the human memory. And then this study shows that two works recover the relationship between the past and the present so that they give an opportunity to consider the meaning of time in the architecture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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