This paper presents a real-time haptic rendering method for a realistic force feedback in a remote environment with varying communication time-delay. The remote environment is assumed as a virtual environment based on a computer graphics, for example, on-line shopping mall, internet game and cyber-education. The properties of a virtual object such as stiffness and viscosity are assumed to be unknown because they are changed according to the contact position and/or a penetrated depth into the object. The DARMAX model based output estimator is proposed to trace the correct impedance of the virtual object in real-time. The output estimator is developed on the input-output relationship. It can trace the varying impedance in real-time by virtue of P-matrix resetting algorithm. And the estimator can trace the correct impedance by using a white noise that prevents the biased input-output information. Realistic output forces are generated in real-time, by using the inputs and the estimated impedance, even though the communication time delay and the impedance of the virtual object are unknown and changed. The generated forces trace the analytical forces computed from the virtual model of the remote environment. Performance is demonstrated by experiments with a 1-dof haptic device and a spring-damper-based virtual model.
In this study, we establish hyper-elastic haptic feedback in a virtual environment using finite element analysis techniques and develop a Force Torque (FT) sensor utilization method for application in tele-operation environments. In general, regarding haptic feedback data, in a tele-operation environment, the user is provided with feedback according to the measured force data when the model is inserted through an FT sensor. Conversely, in a virtual environment, the press-fitting model can be expressed through the spring-damper system rather than an FT sensor to provide feedback. However, unlike rigid and the elastic bodies, the hyper-elastic body represented by a spring-damper system in a virtual environment is a simple impedance model using stiffness and damping coefficients; it is limited in terms of providing actual feedback. Thus, in this study, haptic feedback was implemented using the data obtained from POD-RBF analysis results during hyper-elastic press-fitting experiments. The haptic feedback mechanism developed in this study was verified by comparing the FT sensor feedback data measured and calculated through hyper-elastic press-fitting experiments with spring-damper feedback data. Subsequently, the POD-RBF analysis feedback was compared and evaluated against the feedback mechanism of each environment through the test subject, and the similarities between the POD-RBF analysis feedback and FT sensor data feedback were verified.
In this paper, a robot system is proposed to make it easy to learn about microprocessors. The proposed system consists of several subsystems. Since each subsystem can be operated with other subsystems or without other subsystems, many microprocessor courses can be offered depending on the background of students. Also the proposed system can be used in some robotics courses which emphasize sensor and tele-operation because it contains camera, MPEG encoder, IR sensor, and RF communication module.
Hybrid robust image processing algorithm to extract visual features of melon during the cultivation was developed based on a wireless tele-operative interface. Features of a melon such as size and shape including position were crucial to successful task automation and future development of cultivation data base. An algorithm was developed based on the concept of hybrid decision-making which shares a task between the computer and the operator utilizing man-computer interactive interface. A hybrid decision-making system was composed of three modules such as wireless image transmission, task specification and identification, and man-computer interface modules. Computing burden and the instability of the image processing results caused by the variation of illumination and the complexity of the environment caused by the irregular stem and shapes of leaves and shades were overcome using the proposed algorithm. With utilizing operator's teaching via LCD touch screen of the display monitor, the complexity and instability of the melon identification process has been avoided. Hough transform was modified for the image obtained from the locally specified window to extract the geometric shape and position of the melon. It took less than 200 milliseconds processing time.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.12
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pp.1217-1222
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2004
This paper describes the development of tele-robotic interface for the hot-line maintenance robot system. One of main issues in designing human-robot interface for the hot-line maintenance robot system is to plan the control procedure for each part of the robotic system. Another issue is that the actual degree of freedom (DOF) in the hot-line maintenance robot system is much greater than that of available control devices such as joysticks and gloves in the remote-cabin. For this purpose, a virtual simulator, which includes the virtual hot-line maintenance robot system and the environment, is developed in the 3D environment using CAD data. It is assumed that the control operation is done in the remote cabin and the overall work process is observed using the main-camera with 2 DOFs. For the input device, two joysticks, one pedal, two data gloves, and a Head Mounted Display (HMD) with tracker sensor were used. The interface is developed for each control mode. Designed human-interface system is operated using high-level control commands which are intuitive and easy to understand without any special training.
A virtual reality system is implemented for the operator supervising a robot's operation at a remote site. For this implementation, a two D.O.F force-reflective joystick is designed to reflect the force/torque measured at the end of robotic manipulator and to generate the motion command for the robot by the operator using this joystick. In addition, the visual information that is captured by a CCD camera, is transmitted to the remote operator and is displayed on a CRT monitor. The operator who is holding the force reflective joystick and watching the CRT monitor can resolve unexpected problems that the robot confronts with. That is, the robot performs the tasks autonomously unless it confronts with unexpected events that can be resolved by only the operator. To demonstrate the feasibility of this system, a remote peg-in-hole operation is implemented and the experimental data are shown.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2003.11a
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pp.388-394
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2003
To handle the high level radioactive materials such a spent fuel, the master-slave manipulators (MSM) are widely used as a remote handling device in nuclear facilities such as the hot cell with sealed and shielded space. In this paper, the Digital Mockup which simulates the remote operation of the Advanced Conditioning Process(ACP) is developed. Also, the workspace and the motion of the slave manipulator, as well as, the remote operation task should be analyzed. The process equipment of ACP and Maintenance/Handling Device are drawn in 3D CAD models using IGRIP. Modeling device of manipulator is assigned with various mobile attributes such as a relative position, kinematics constraints, and a range of mobility, The 3D graphic simulator using the external input device of space ball displays the movement of manipulator. To connect the external input device to the graphic simulator, the interface program of external input device with 6 DOF is deigned using the Low Level Tele-operation Interface(LLTI). The experimental result shows that the developed simulation system gives much-improved human interface characteristics and shows satisfactory response characteristics in terms of synchronization speed. This should be useful for the development of work's education system in the virtual environment.
Lee, Dong-Hyuk;Noh, Kyung-Wook;Kang, Sun Kyun;Kim, Hyun Woo;Lee, Jang-Myung
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.8
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pp.807-814
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2014
In this paper, we proposed a haptic navigation system which used the tactile data for the user guides of the mobile robot to the reference point via tele-operation in unknown blind environment. This navigation system can enable a mobile robot to avoid obstacles and move to the reference point, according to the direction provided by the device guides through a haptic device consisting of a vibration motor in a blind environment. There are a great deal of obstacles in real environments, and so mobile robots can avoid obstacles by recognizing the exact position of each obstacle through the superposition of an ultrasonic sensor. The navigation system determines the direction of obstacle avoidance through an avoidance algorithm that uses virtual impedance, and lets users know the position of obstacles and the direction of the avoidance through the haptic device consisting of 5 vibration motors. By letting users know intuitionally, it lets the mobile robot precisely reach the reference point in unknown blind environment. This haptic device can implement a haptic navigation system through the tactile sensor data.
Moon, Youngjin;Park, Sang Hoon;Hu, Zhenkai;Choi, Jaesoon
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.8
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pp.585-589
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2016
Recently, the robotic assist system for cardiovascular intervention gets continuously growing interest. The robotic cardiovascular intervention systems are largely two folds, systems for cardiac ablation procedure assist and systems for vascular intervention assist. For the systems, the clinician controls the catheter inserted through blood vessel to the heart via a master console or master manipulator. Most of the current master manipulators have structure of joystick-like pivoting 2 degree of freedom (DOF) handle in the core, which is used in parallel with other sliding switches and input devices. It however is desirable to have customized and optimized design manipulator that can provide clinician with intuitive control of the catheter motion fully utilizing the advantage of the use of robotic structure. A 6 DOF kinematic mechanism that can capture the motion control intention of the clinician in translational 3 DOF and rotational 3 DOF is proposed in this paper. Also, a master-slave motion relationship specially designed for the cardiac catheter manipulation motion is proposed and implemented in an experimental prototype. Design revision for implementation of more efficient motion and experiment in combination with an experimental slave robot system for catheter manipulation are underway.
Seo, Yong-Chil;Kim, Chang-Hoi;Cho, Jae-Wan;Kim, Seung-Ho
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2004.08a
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pp.1520-1524
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2004
This paper describes the development of a robotic maintenance system for use in a maintenance operation of the nozzle dam in a water chamber of a steam generator at the Kori nuclear power plant in Korea. The robotic maintenance system was designed to minimize the personnel exposure to a hazardous radioactive environment. This robotic maintenance system is operated by a teleoperated control which was designed to perform the nozzle dam maintenance tasks in a remote manner without endangering the human workers. Specific maintenance tasks involve the transportation, insertion, and removal of nozzle dams in a water chamber inside a steam generator via a narrow man-way entrance port. The developed robotic maintenance system has two major subsystems: a two degrees of freedom guiding device acting as the main guiding arm and a master-slave manipulator with a kinematic dissimilarity. The mechanical design considerations, control system, and capabilities of the robotic maintenance system are presented. Finally, a graphical representation of the nozzle dam maintenance processes in a simulated work environment are also demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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