In this paper we developed a tactile feedback device using repulsive force of magnets. The force of the tactile feedback device was derived from the Maxwell's stress method by using the concept of magnetic charge. Magnetic repulsive force is linear function with respect to current and nonlinear to displacement. Experimental data shows these characteristics. To compensate the fact that the presented tactile feedback device can not be controlled by close loop control, we developed a simulation model which predicts output displacement and force by using Runge-Kutta method. And, this paper evaluated the presented tactile feedback device and compared it with commercial tactile feedback devices.
With the progress in virtual reality technology, various virtual objects can be displayed using head-mounted displays (HMD). However, force feedback sensations such as pushing against a virtual object are not possible with an HMD only. Focusing on force feedback, desktop-type devices are generally used, but the user cannot move in a virtual space because such devices are fixed on a desk. With a wearable force feedback device, users can move around while experiencing force feedback. Therefore, the authors have developed a wearable force feedback device using a magnetorheological fluid clutch and pneumatic rubber artificial muscle, aiming at presenting the elasticity, friction, and viscosity of an object. To date, we have developed a wearable four-degree-of-freedom (4-DOF) force feedback device and have quantitatively evaluated that it can present commanded elastic, frictional, and viscous forces to the end effector. However, sensory evaluation with a human has not been performed. In this paper, therefore, we conduct a sensory evaluation of the proposed method. In the experiment, frictional and viscous forces are rendered in a virtual space using a 4-DOF force feedback device. Subjects are asked to answer questions on a 1- to 7-point scale, from 1 (not at all) to 4 (neither) to 7 (strongly). The Wilcoxon signed rank test was used for all data, and answer 4 (neither) was used as compared standard data. The experimental results confirmed that the user could feel the presence or absence of viscous and frictional forces. However, the magnitude of those forces was not sensed correctly.
한국지진공학회 1998년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring 1998
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pp.286-294
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1998
This paper presents an experimental study on the performance of the active damper device by feedback variables. The damper is a mass-typed active device, which exerts the inertia control force on the building by AC servo motor. The control performance is experimentally analyzed considering the building response and the control force. It is found that the building response is greatly reduced by mass-typed device under the resonant and earthquake loading. Also, the experimental results show that the velocity feedback reduces the building responses with the smallest amount of control force than any other feedback variables.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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제4권1호
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pp.9-16
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2002
In this paper, we intend to demonstrate a new intuitive force-feedback device for advanced VR applications. Force feed-back for the device is tension based and is characterized by 7 degrees of freedom (DOF); 3 DOF for translation, 3 DOF for rotation, and 1 DOF for grasp). The SPIDAR-G (Space Interface Device for Artificial Reality with Grip) will allow users to interact with virtual objects naturally by manipulating two hemispherical grips located in the center of the device frame. We will show how to connect the strings between each vertex of grip and each extremity of the frame in order to achieve force feedback. In addition, methodologies will be discussed for calculating translation, orientation and grasp using the length of 8 strings connected to the motors and encoders on the frame. The SPIDAR-G exhibits smooth force feedback, minimized inertia, no backlash, scalability and safety. Such features are attributed to strategic string arrangement and control that results in stable haptic rendering. The design and control of the SPIDAR-G will be described in detail and the Space Graphic User Interface system based on the proposed SPIDAR-G system will be demonstrated. Experimental results validate the feasibility of the proposed device and reveal its application to virtual reality.
최근 차량내부에서는 운전과 직접적인 관련이 적은 다양한 편의장치들이 도입되고 있으며, 이러한 장치들의 조작환경을 하나로 통합하려는 노력이 시도되고 있다. 본 논문은 자동차 내의 다양한 편의장치에 대한 통합 조작환경을 구축하기 위해 자기유변유체(magnetorheological fluid; MR 유체)를 이용한 햅틱장치를 제안하고자 한다. 이를 위해 먼저 차량 편의 조작장치들이 갖는 회전과 상하 수직 운동을 동시에 구현할 수 있는 메커니즘을 고안하고 햅틱 기능을 부여하기 위해 MR 유체를 도입함으로써 하나의 장치로 다기능 조작이 가능한 햅틱 장치를 고안한다. 장치에서 발생하는 반향력에 대한 모델링에 근거하여 MR 햅틱 장치의 자료를 설계하고 시작품을 제작한다. 그리고 완성된 장치의 회전 및 수직 운동에 대한 응답 성능시험을 수행하여 제안된 모델을 검정한다. 또한 힘 반향 성능을 구현하기 위해 장치의 반향력 모델을 이용한 역모델 보상기(inverse model compensator)를 설계한다. 마지막으로 실제 자동차의 여러 편의 기능의 작동과정을 고려하여 햅틱 반향력 맵을 구축하고 제어기와 연동하여 제작된 햅틱 장치의 힘반향(force-feedback) 제어 성능을 평가한다.
In this paper, we suggest an integrated tactile display system that provides kinesthetic force, pressure distribution, vibration and slip/stretch. The system consists of two parts: a 2 DOF force feedback device for kinesthetic display and a tactile feedback device for displaying the normal stimulation to the skin and the skin slip/stretch. Psychophysical experiments measure the effects of fingerpad selection, the direction of finger movements and the texture width on tactile sensitivity. We also investigate the characteristics of lateral finger movement while subjects perceive different textures. From the experimental results, the principal parameters for designing a tactile display are suggested. A tactile display device, using eight piezoelectric bimorphs and a linear actuator, Is implemented and attached to a 2 DOF translational force feedback device to simultaneously simulate the texture and stiffness of the object. As a result, we find out that the capability of the suggested device is sufficient to display physical quantities to display the texture.
Haptic rendering is a process providing force feedback during interactions between a user and a virtual object. This paper presents a real-time haptic rendering technique for deformable objects based on visual information of intervention between a tool and a real object in a remote place. A user can feel the artificial reaction force through a haptic device in real-time when a slave system exerts manipulation tasks on a deformable object. The models of the deformable object and the manipulator are created from the captured image obtained with a CCD camera and the recognition of objects is achieved using image processing techniques. The force at a rate of 1 kHz for stable haptic interaction is deduced using extrapolation of forces at a low update rate. The rendering algorithm developed was tested and validated on a test platform consisting of a one-dimensional indentation device and an off-the shelf force feedback device. This software system can be used in a cellular manipulation system providing artificial force feedback to enhance a success rate of operations.
A deformable non-Uniform Rational B-Spline (NURBS) based volume is programed for the force reflecting exoskeleton haptic device. In this work, a direct free form deformation (DFFD) technique is applied for the realistic manipulation. In order to implement the real-time deformation, a nodal mapping technique is used to connect points on the virtual object with the NURBS volume. This geometric modeling technique is ideally incorporated with the force reflecting haptic device as a virtual interface. The results in this work introduce details for the complete set-up for the realistic virtual clay modeling task with force feedback. The force reflecting exoskeleton haptic manipulator, coupled with a supporting PUMA 560 manipulator and the virtual clay model are integrated with the graphics display, and results show that the force feedback from the realistic physically based virtual environment can greately enhance the sense of immersion.
This paper presents force feedback control performance of a 3DOF haptic device that can be used for minimally invasive surgery (MIS). As a first step, a 3DOF electrorheological (ER) joint is designed using a spherical mechanism. And it is optimized based on the mathematical torque modeling. Subsequently, the master haptic device is manufactured by the spherical joint. In order to achieve desired force trajectories, model based compensation strategy is adopted for the ER master. Therefore, Preisach model fur the PMA-based ER fluid is identified using experimental first order descending (FOD) curves. A compensation strategy is then formulated through the model inversion to achieve desired force at the ER master. Tracking control performances for sinusoidal force trajectory are presented, and their tracking errors are evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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