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Ladislao Leonardo Orlando
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1 Haptic Interfaces

2 Overview Cos è un Interfaccia Aptica? Origini Storiche Classificazione Misuratori di performance Applicazioni Rassegna di dispositivi Motion Base Simulators

3 Cos e` un IA Interfaccia Aptica: Dispositivo robotico che è capace di esercitare in modo interattivo degli stimoli che inducono percezioni tattili. HAPTICS: The science of appling touch to human interaction with computers (Haptics Comunity)

4 Cosa contraddistingue un IA Il mouse: È un interfaccia? Conferisce informazioni tattili? Le informazioni tattili sono programmabili? Mouse: IA = Foglio:Schermo

5 Classificazione Tattili (Display Tattili): Permettono di trasmettere sensazioni attraverso i recettori tattili della pelle (rugosità e rilievi di superfici, temperatura,...) Cinestetiche (o Propriocettive): Trasmettono sensazioni di forza (FFD) risultante su parti del corpo dell utente. La distribuzione superficiale delle forze viene filtrata (forze di inerzia,forze risultanti di contatto, campi di forza.. )

6 Cinestetiche Interagiscono con l utente l attraverso l apparato l sensoriale cinestetico: Recettori di posizione e velocità Recettori di forza e deformazione Disposti sotto la pelle, in corrispondenza delle articolazioni e nei muscoli (più rilevanti) Il sistema nervoso centrale elabora tutte le informazioni stimando le forze risultanti e generando la sensazione di forza ad esso legata Funzionalità fondamentali di un IAC: Esercitare una forza e/o coppia nota e controllabile; Misurare la posizione della parte del corpo dell utente coinvolta nell interazione.

7 Come si presentano F Motors with postition sensors

8 Origini Storiche Le prime IA vennero sviluppate nell ambito della teleoperazione in applicazioni di manipolazione di sostanze radioative. The Raymond Goertz con il primo manipolatore meccanico master-slave M1 (a sinistra) e con il primo manipolatore master-slave elettrico E1 (a destra)

9 Varietà di IA - Il progetto di un IA non è un task tecnicamente semplice. - Il nostro sistema sensoriale impone delle specifiche estrememente severe Quindi: Ogni applicazione deve essere analizzata e l IA l deve essere opportunamente scelata o talvolta riprogettata per sosddifare i requisiti Esistono molti tipi di interfacce aptiche

10 Classificazioni In base al numero dei Gradi Di Libertà: Low DOF (LDOF): Fino a 3GDL i più comuni generano forze in tre direzioni dello spazio. High DOF (HDOF): Fino a 6GDL possono arrivare generare forze e coppie nello spazio. Very High DOF (VHDOF): Più di 6GDL servono per particolari applicazioni in cui è necessario esercitare forze in vari punti del corpo (ed esempio Esoscheletri per braccio, gamba o mano) In base al tipo di cinematica: Seriale: Costituite da link disposti in serie collegati da giunti Parallela: Costituite da catene cinematiche chiuse Mista

11 DOF Very high high Low Manopole Aptiche 5 DoF 10 DoF

12 Parellela e Seriale Seriale Parallela

13 Ancora Classificazioni In base ai punti di contatto - Single Point: il sistema è connesso e può esercitare forze sull utente attraverso un solo punto di contatto; - Multiple Point: i punti di contatto sono almeno due (esempio pollice indice); - Task Replica: L HI è connessa all utente grazie ad un utensile di forma analoga a quello necessario ad eseguire le operazioni (esempio penna o strumento chirurgico) In base alla morfologia costruttiva: Antropomorfe: Riproducono fedelmente la struttura cinematica dell arto con il quale interagiscono. Portabili: Non sono dotate di struttura di sostegno a terra ; Desktop: Uno dei link della catena cinematica e fisso.

14 Single/Multipoint Single Multipoint Task Replica

15 Desktop-Antropomorfe Desktop Antropomorfa

16 Parametri di Performance Workspace o MotionRange : Lo spazio in cui l utente o la parte del corpo dell utente si può muovere durante l interazione. Forza di picco (PKF) e forza di picco continua (CPKF): Sono rispettivamente la forza massima esercitabile dall IA sull utente e la forza massima continua. Rigidezza meccanica: spostamento dovuto deformazione della struttura meccanica a fronte di una forza unitaria. Inerzia e attrito percepito: Sono caratteristiche meccaniche che vengono difficilmente compensate dal sistema di controllo e quindi devono essere ridotte al minimo in fase di progetto. Forma del tensore dell inerzia percepita: Il tensore di inerzia deve essere rotondo in modo da garantire la codirezionalità di forze e accelerazioni Peso del dispositivo: Per i dispositivi portabili. Precisione: Di posizionamento e di forza

17 Applicazioni delle IA Giochi e divertimenti: joystick con FF, controlli per simulatori di guida etc. Portable/Handeset devices: cellulari, lettori Mp3, Plamari etc. Educazione ed Addestramento: apprendimento della scrittura e di attività manuali, addestramento di piloti, autisti, assemblatori etc Industriali: Virtual Prototyping (.e. prove di assemblbilità di macchine) Scientifiche: visualizzazioni di grafici a più di 3 dimensioni. Mediche chirurgiche: simulazione ed intervento, riabilitazione Teleoperazione: interazione con ambienti remoti Beni Culturali: interazione aptica con opere d arte Special Users: Non vedenti, Non udenti, persone con handicap motori etc.

18 Rassegna di alcuni Dispositivi PHANToM (Personal HAptic interface Mechanism) Delta Haptic Devide Virtuose Cybergrasp Rutger-Master II PERCRO HI: Haptic Pen 5d Grab Haptic desk Pure form Hand EXOS Pinch Controlli primari di un simulatore di guida EXOSkeleton Pure_Form_Arm_Exos (Light-Exos) HFF (Hand_Force_Feedback)

19 PHANToM Sviluppato dal M.I.T., è un interfaccia a cinematica seriale in grado di esercitare forze nello spazio.. Viene commercializzato dalla Sensable Tech. Esiste anche un modello a 6 g.d.l dotato di un polso sferico attuato all estremità.

20 Delta Haptic Interface -Cinematica parallela (Delta) sviluppata presso l EPFL -Struttura cinematica traslante -E in grado di esercitare forze nelle tre direzioni

21 Virtuose -Sviluppato presso il laboratorio CEA (Francia) - Commercializzato da Haption - 6 g.d.l. - Cinematica Seriale - Compensazione meccanica della gravità

22 Cybergrasp Commercializzato dalla Virtual Tech. - Interfaccia aptica di tipo Multiple Point, VHDOF, antropomorfa (Hand exos); - è in grado di generare forze sulle falangi permettendo di riprodurre le sensazioni cinestetiche coinvolte nell afferraggio di oggetti; - è costituito da un sistema di tracking (Virtual Glove) e da un sistema di generazione di forze separati; - soluzioni costruttive: cavi inguainati,

23 Rutger-Master II - Progettato presso Rutger University, - Utilizza pistoni pneumatici - è molto leggero e possiede un elevato rapporto PKF/Mass - I movimenti delle dita sono limitati dalla collocazione dei pistoni

24 ERROR: undefined OFFENDING COMMAND: f ~ STACK:

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