Motion strategies for a haptic interface with intermittent contacts to ensure safe human-robot interaction - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2022

Motion strategies for a haptic interface with intermittent contacts to ensure safe human-robot interaction

Stratégies de mouvement pour une interface haptique avec des contacts intermittents pour assurer une interaction homme-robot sûre

Abstract

Virtual reality has been recognized as a potent tool for creating more natural and intuitive human-computer interfaces and has been found to be beneficial in so many applications. However, the inability to interact in a virtual environment through touch compromises its realism and usefulness. Haptic interfaces with intermittent contacts allow users to reach out and touch the virtual objects physically to simulate contact between the user and the environment with use of tactile sensation to increase the realism of interaction. They allow a wide range of physical interactions throughout the user's workspace, with a physical input that resembles reality.These devices are faced with challenges such as cost, a small workspace, limited speed and user safety. In this thesis, we developed a haptic interface using a cooperative robot to address these challenges. Several motion strategies, a trajectory generation scheme and user interaction techniques to ensure safety were developed and evaluated. Two case studies were used as application areas. The first is an industrial application for analysis of the interior material of the car during the early stages of development while the second one is a haptic interface for upper limb rehabilitation training. User studies were conducted to evaluate the efficacy of the motion strategies in improving device speed, response, and user safety.
La réalité virtuelle a été reconnue comme un outil puissant pour créer des interfaces homme-machine plus naturelles et intuitives et s'est avérée bénéfique dans de nombreuses applications. Cependant, l'incapacité d'interagir dans un environnement virtuel par le toucher compromet son réalisme et son utilité. Les interfaces haptiques avec des contacts intermittents permettent aux utilisateurs d'atteindre et de toucher physiquement les objets virtuels pour simuler le contact entre l'utilisateur et l'environnement en utilisant la sensation tactile pour augmenter le réalisme de l'interaction. Ils permettent un large éventail d'interactions physiques dans l'espace de travail de l'utilisateur, avec une entrée physique qui ressemble à la réalité. Ces appareils sont confrontés à des défis tels que le coût, un petit espace de travail, une vitesse limitée et la sécurité des utilisateurs.Dans cette thèse, nous avons développé une interface haptique utilisant un robot coopératif pour relever ces défis. Plusieurs stratégies de mouvement, un schéma de génération de trajectoire et des techniques d'interaction avec l'utilisateur pour assurer la sécurité ont été développés et évalués. Deux études de cas ont été utilisées comme domaines d'application. Le premier est une application industrielle pour l'analyse du matériau intérieur de la voiture pendant les premières phases de développement tandis que le second est une interface haptique pour l'entraînement en rééducation des membres supérieurs. Des études d'utilisateurs ont été menées pour évaluer l'efficacité des stratégies de mouvement dans l'amélioration de la vitesse, de la réponse et de la sécurité de l'utilisateur.
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Dates and versions

tel-04054819 , version 1 (01-04-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04054819 , version 1

Cite

Stanley Mugisha. Motion strategies for a haptic interface with intermittent contacts to ensure safe human-robot interaction. Robotics [cs.RO]. Ecole Centrale de Nantes, 2022. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04054819⟩
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