International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.2
no.2
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pp.238-246
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2004
In displaying a virtual wall using a passive haptic device equipped with passive actuators such as electric brakes, unsmooth motion frequently occurs. This undesirable behavior is attributed to time delay due to slowness in the virtual environment update and force approximation due to the inability of a brake to generate torque in arbitrary directions. In this paper a new control scheme called direct control is proposed to achieve smooth display on the wall-following task with a passive haptic device. In direct control, brakes are controlled so that the normal component of a resultant force at the end-effector vanishes, based on the force analysis at the end-effector of the passive haptic device using the passive FME (Force Manipulability Ellipsoid). Various experiments have been conducted to verify the validity of the direct control scheme with a 2-link passive haptic system.
In this paper, a control method is presented to improve performance of haptic display on a passive haptic device equipped with passive actuators. In displaying a virtual wall with the passive haptic device, an unstable behavior occurs with excessive actions of brakes due to the time delay mainly arising from the update rate of the virtual environment and force approximation originated from the characteristics of the passive actuators. The previous T.D.P.C. (Time Domain Passivity Control) method was not suitable for the passive haptic device, since a programmable damper used in the previously introduced T.D.P.C. method easily leads to undesirable behaviors. A new passivity control method is evaluated with considering characteristics of the passive device. First, we propose a control method which is designed under the analysis of the passive FME (Force Manipulability Ellipsoid). And then a passivity control scheme is applied to the proposed control method. Various experiments have been conducted to verify the proposed method with a 2-link mechanism.
Kim, Tae-Woo;Cho, Chang-Hyun;Kim, Mun-Sang;Song, Jae-Bok
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2003.10a
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pp.1565-1570
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2003
Passive Haptic Devices have more benefit than the active in Stability. But Apart from benefits, it shows poor performance in haptic display. The author proposed the passive FME(Force Manipulability Ellipsoid) which can graphically show force generating ability of a passive haptic device. In this paper, performance indexes for the force approximation and pseudo friction cone are obtained with the passive FME and an optimized planar device with the indexes is proposed. Based on the above theory, experiment is conducted.
Since its introduction (e.g., [4, 6]), virtual coupling technique has been de facto way to connect a haptic device with a virtual proxy for haptic rendering and control. However, because of the single dependence on spring-damper feedback action, this virtual coupling suffers from the degraded transparency particularly during contact tasks when large device/proxy-forces are involved. In this paper, we propose a novel virtual coupling technique, which, by utilizing passive decomposition, reduces device-proxy position deviation even during the contact tasks while also scaling down (or up) the apparent inertia of the coordinated device-proxy. By doing so, we can significantly improve transparency between multiple degree of freedom (possibly nonlinear) haptic device and virtual proxy. In other to use passive decomposition, disturbance observer of [3] is adopted to estimate human force with some dead-zone modification to avoid "winding-up" force estimation in the presence of device torque saturation. Some preliminary experimental results are also given to illustrate efficacy of the proposed technique.
This paper proposes a new haptic device using a parallel mechanism with gimbal type actuators. This device has three legs actuated by 2-DOF gimbal mechanisms, which make the device simple and light by fixing all the actuators to the base. Three extra sensors are placed at passive joints to obtain a unique solution of the forward kinematics problem. The proposed haptic device is developed for an operator to use it on a desktop in due consideration of the size of an average Korean. The proposed haptic device has a small workspace for on operator to use it on a desktop and more sensitivity than a serial type haptic device. Therefore, the motors of the proposed haptic device are fixed at the base plate so that the proposed haptic device has a better dynamic bandwidth due to a low moving inertia. With this conceptual design, optimization of the design parameters is carried out. The objective function is defined by the fuzzy minimum of the global design indices, global force/moment isotropy index, global force/moment payload index, and workspace. Each global index is calculated by a SVD (singular value decomposition) of the force and moment parts of the jacobian matrix. Division of the jacobian matrix assures a consistency of the units in the matrix. Due to the nonlinearity of this objective function, Genetic algorithms are adopted for a global optimization.
Objective: The aim of this study is to investigate haptic perception related researches into three perspectives: cutaneous & proprioceptive sensations, active & passive touch, and cognition & emotion, then to identify issues for implementing haptic interactions. Background: Although haptic technologies had improved and become practical, more research on the method of application is still needed to actualize the multimodal interaction technology. Systematical approached to explore haptic perception is required to understand emotional experience and social message, as well as tactile feedback. Method: Content analysis were conducted to analyze trend in haptic related research. Changes in issues and topics were investigated using sensational dimensions and the different contents delivered via tactile perception. Result: The found research opportunities were haptic perception in various body segments and emotion related proprioceptive sensation. Conclusion: Once the mechanism of how users perceives haptic stimuli would help to develop effective haptic interactrion and this study provide insights of what to focus for the future of haptic interaction. Application: This research is expected to provide presence, and emotional response applied by haptic perception to fields such as human-robot, human-device, and telecommunication interaction.
This paper presents a portable tele-assessment system designed for remote evaluation of the hypertonic elbow joint of neurologically impaired patients. A patient's upper limb was securely strapped to a portable limb-stretching device which is connected through Internet to a portable haptic device by which a clinician remotely moved the patient's elbow joint and felt the resistance from the patient. Elbow flexion angle and joint torques were measured from both master and slave devices and bilaterally fed back to their counterparts. In order to overcome problems associated with the network latency, two different tele-operation schemes were proposed depending on relative speed of tasks compared to the amount of time delay. For slow movement tasks, the bilateral tele-operation was achieved in real-time by designing control architectures after causality analysis. For fast movement tasks, we used a semi-real-time tele-operation scheme which provided the clinicians with stable and transparent feeling. The tele-assessment system was verified experimentally on patients with stroke. The devices were made portable and low cost, which makes it potentially more accessible to patients in remote areas.
Most of the commercialized wearable text input devices are wrist-worn keyboards that have adopted the minimization method of reducing keys. Generally, a drastic key reduction in order to achieve sufficient wearability increases KSPC(Keystrokes per Character), decreases text entry performance, and requires additional effort to learn a new typing method. We are faced with wearability-usability tradeoff problems in designing a good wearable keyboard. To address this problem, we introduced a new keyboard minimization method of reducing key pitch. From a series of empirical studies, we found the potential of a new method which has a keyboard with a 7mm key pitch, good wearability and social acceptance in terms of physical form factors, and allows users to type 15.0WPM in 3 session trials. However, participants point out that a lack of passive haptic feedback in keying action and visual feedback on users' input deteriorate the text entry performance. We have developed the One-key Keyboard that addresses this problem. The traditional desktop keyboard has one key per character, but the One-key Keyboard has only one key ($70mm{\times}35mm$) on which a 10*5 QWERTY key array is printed. The One-key Keyboard detects the position of the fingertip at the time of the keying event and figures out the character entered. We conducted a text entry performance test comprised of 5 sessions. The participants typed 18.9WPM with a 6.7% error rate over all sessions and achieved up to 24.5WPM. From the experiment's results, the One-key Keyboard was evaluated as a potential text input device for wearable computing, balancing wearability, social acceptance, input speed, and learnability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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