Conception et réalisation d'une interface à retour d'effort pour les environnements virtuels à échelle humaine PDF Download
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Book Description
Une interface haptique est développée pour fournir le retour d'effort d'interaction dans un environnement virtuel à échelle humaine. L'interface est composée d'une plate-forme à câbles et d'un exosquelette de préhension. La plate-forme comprend 8 câbles qui sont actionnés par 8 blocs d'actionnement. Chaque bloc contient un moteur électrique, un encodeur rotatif et un capteur de force. Le moteur tire sur le câble, pendant que le capteur de force mesure la tension du câble et l'encodeur détermine sa longueur. Les blocs d'actionnement sont d'une conception novatrice qui augmente la force maximale et la précision de l'interface. L'exosquelette est connecté et actionné par les câbles et permet aux 5 doigts d'une main de l'utilisateur d'accomplir le geste de préhension. L'interface fournit au total 7 degrés d'action pour l'utilisateur en interaction avec les objets virtuels : 3 degrés de translation, 3 degrés de rotation et 1 degré de préhension. L'interface à retour d'effort a été modélisée pour déterminer précisément la distribution des tensions dans les câbles en fonctions des forces et des couples désirés. Les blocs d'actionnement peuvent se déplacer sur un cadre cubique autour de l'environnement virtuel. Une configuration optimale est alors trouvée pour les positions des blocs afin de maximiser l'espace de travail de l'interface. Une méthode de commande hybride basée sur les tensions des câbles, mesurées par les capteurs, est également proposée. Cette méthode mène à résoudre les problèmes classiques des interfaces à câbles. L'application considérée pour cette interface est l'interaction haptique avec l'espace intérieur simulé d'une automobile. Une scène virtuelle correspondante à cette application a été développée et l'interface a été testée dans différents cas de retour d'effort. Les résultats des tests démontrent la performance de l'interface pour fournir des efforts appropriés avec une transparence de mouvement pour l'utilisateur.
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Une interface haptique est développée pour fournir le retour d'effort d'interaction dans un environnement virtuel à échelle humaine. L'interface est composée d'une plate-forme à câbles et d'un exosquelette de préhension. La plate-forme comprend 8 câbles qui sont actionnés par 8 blocs d'actionnement. Chaque bloc contient un moteur électrique, un encodeur rotatif et un capteur de force. Le moteur tire sur le câble, pendant que le capteur de force mesure la tension du câble et l'encodeur détermine sa longueur. Les blocs d'actionnement sont d'une conception novatrice qui augmente la force maximale et la précision de l'interface. L'exosquelette est connecté et actionné par les câbles et permet aux 5 doigts d'une main de l'utilisateur d'accomplir le geste de préhension. L'interface fournit au total 7 degrés d'action pour l'utilisateur en interaction avec les objets virtuels : 3 degrés de translation, 3 degrés de rotation et 1 degré de préhension. L'interface à retour d'effort a été modélisée pour déterminer précisément la distribution des tensions dans les câbles en fonctions des forces et des couples désirés. Les blocs d'actionnement peuvent se déplacer sur un cadre cubique autour de l'environnement virtuel. Une configuration optimale est alors trouvée pour les positions des blocs afin de maximiser l'espace de travail de l'interface. Une méthode de commande hybride basée sur les tensions des câbles, mesurées par les capteurs, est également proposée. Cette méthode mène à résoudre les problèmes classiques des interfaces à câbles. L'application considérée pour cette interface est l'interaction haptique avec l'espace intérieur simulé d'une automobile. Une scène virtuelle correspondante à cette application a été développée et l'interface a été testée dans différents cas de retour d'effort. Les résultats des tests démontrent la performance de l'interface pour fournir des efforts appropriés avec une transparence de mouvement pour l'utilisateur.
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Les interfaces haptiques ne disposent souvent que d'un espace de travail limité, et doivent alors être associées à des techniques d'interaction adaptées pour les rendre exploitables dans des environnements virtuels à echelle humaine (EVEH). De nombreuses techniques de manipulation d'objets dans de tels environnements introduisent un Control/Display ratio différent de 1. Nous commençons donc par montrer que ceci peut altérer la perception haptique de la masse des objets virtuels manipulés. Nous proposons alors un nouveau paradigme d'interaction en EVEH, le contrôle hybride haptique. Celui-ci utilise le retour d'effort de l'interface haptique pour simuler une interface élastique. Sur la base de ce paradigme, deux nouvelles techniques d'interaction sont présentées et évaluées : la Bubble technique pour la manipulation d'objets en translation, et les rotations hybrides haptiques pour le contrôle en rotation.
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L'essor récent de la Réalité Virtuelle et des simulations de plus en plus complexes qui lui sont associées a entraîné l'apparition de périphériques à retour d'efforts spécifiquement dédiés. Cependant ces périphériques sont pour leur très grande majorité fixes et ne permettent pas la mobilité de l'opérateur, il est donc intéressant d'examiner les moyens de rendre ces interfaces portables. Dans un premier temps nous avons réalisé une étude bibliographique et nous avons précisé le cadre de l'étude par l'analyse des applications visées et des capacités des opérateurs. Dans un second temps, à partir de l'analyse de l'état de l'art nous nous avons proposé des solutions utilisant des phénomènes gyroscopiques puis des solutions utilisant la poussée d'un fluide. Ensuite, devant les limites de ces premières solutions, nous nous sommes orientés vers l'étude d'une interface légère portée par l'utilisateur et utilisant une architecture parallèle actionnée par des câbles. Nous avons tout d'abord exposé la théorie relative à ces systèmes et développé de nouveaux outils d'analyse. Puis cette théorie a été utilisée pour la conception et la réalisation d'une interface à 3 ddls en translation (baptisée ICARE), basée sur une architecture utilisant 3 câbles et un vérin.
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Le retour haptique est confronté actuellement à deux problèmes majeurs: tout d'abord aux limitations des technologies d'actionnement, notamment tactiles, qui se manifestent tant au niveau de la conception et de l'intégration dans les dispositifs haptiques. Ensuite à un manque accru d'une connaissance plus profonde de la perception haptique. Dans cette optique, notre travail de thèse s'est focalisé sur deux problématiques : la première concerne la réalisation d'une nouvelle interface haptique multiétages pour les applications de la réalité virtuelle. Le concept repose une architecture multiétages réarrangés en fonction de la perception fréquentielle et qui tient mieux en compte des problèmes d'intégrations tactile/kinesthésique. Notre travail s'est intéressé aux développements de son étage inférieur pour le rendu des forces d'interactions ainsi que des aspects liés à la commande et à son interfaçage logiciel et matériel. Cet étage offre un large potentiel d'intégrations pouvant facilement être combiné avec d'autres interfaces pour les applications de la réalité virtuelle, mais pouvant aussi être utilisé comme robot cartésien esclave à 3ddl pour les applications de la téléopération bilatérale La deuxième problématique concerne la réalisation d'une nouvelle interface pour la restitution des sensations thermiques. Par opposition aux interfaces thermiques actuelles, s'appuyant sur un retour unilatéral en température vers l'opérateur, le principe du rendu proposé est basé le couplage bilatéral de la température et du flux thermique échangé entre l'opérateur et l'objet manipulé. Dans ce contexte, nous avons développé un démonstrateur et implémenté quatre structures de couplages bilatéraux pour le rendu thermique. Des expérimentations à travers des scénarios d'interactions ont été réalisées pour la validation des concepts et des interfaces réalisées
Author: Anthony Chabrier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Les interactions physiques comportent divers gestes dextres et sont sources d'échanges d'informations très variées. Différentes interfaces haptiques ont été développées pour reproduire ces mouvements dextres et ces interactions. Cependant il est impossible actuellement de concevoir une interface simulant tous les types d'interactions avec un retour haptique réaliste. Je propose d'identifier les interactions les plus importantes et les zones de la main les plus intéressantes à stimuler, et ensuite d'étudier comment associer certains dispositifs pour améliorer le ressenti de l'utilisateur. Il semble intéressant de développer une interface se concentrant sur : la transition entre les mouvements de l'utilisateur en espace libre et au contact d'un objet, le retour d'effort, et enfin la déformation locale et globale de la pulpe, et ce sur 4 zones : les phalanges distales du pouce, de l'index et de l'annulaire, et le côté extérieur de l'index. Afin de rendre cela réalisable dans le cadre d'une thèse, j'ai entrepris de développer une interface à retour d'effort à contacts intermittents sur le pouce et l'index, tout en prenant en compte l'ajout futur d'un retour plus complet. Pour cela, j'ai tout d'abord élaboré un effecteur instrumenté permettant d'acquérir, sans contact, la position de la dernière phalange d'un doigt en 6D. Puis j'ai dimensionné une interface de type gant à deux doigts, capable de déplacer, en 6D, ces effecteurs dans l'ensemble de l'espace de travail des doigts et de générer un retour d'effort quand cela est nécessaire. Enfin j'ai étudié la commande de ce système lors de ses différentes phases de fonctionnement et ses performances ont été évaluées.
Author: Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 147
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This report deals with the design of a 1D sensorial and driving locomotion interface for Virtual Reality applications able to simulate natural walking-in-place. Most of existing locomotion interfaces do not allow to walk naturally in terms of steps length and frequency. Our state of the art of locomotion interfaces is followed by an analysis relating to movement perception and biomecanics of human walking, two areas of knowledge taken into account during the interface design. So, motor sizing must take into account various factors related to human and sensorial stimuli nature we want to give to the user. Besides, our interface is equipped with a specific instrumentation allowing to efficiently measure the user driving responses. We also introduce different pedals controlling strategies allowing to make the interface the more transparent as possible for the user. These strategies can be easily integrated into the interface controlling task thanks to his high degree of genericity. We eventually introduce the integration of our interface with an existing virtual environment and we propose a validation based on sensorial/driving and mental interaction and immersion criterion.
Author: Mike Bachman Publisher: ISBN: 9781737362302 Category : Languages : en Pages :
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A Dell Technologies perspective on today's data landscape and the key ingredients for planning a modern, distributed data pipeline for your multicloud data-driven enterprise
Author: Rasul Fesharakifard
Author: Rasul Fesharakifard
Author: Lionel Dominjon
Author: Panagiotis Stergiopoulos
Author: Emmanuel Brau
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Author: Anthony Chabrier
Author: 
Author: Jacques Peloquin
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Author: Mike Bachman