Multimodal Haptic Glove for Improved Perception of Virtual Object: Implementation and Evaluation
가상 객체 인식 향상을 위한 멀티 모달 장갑형 햅틱 인터페이스
- 주제(키워드) haptic interface , tendon-driven , wearable interface , cutaneous feedback , kinesthetic feedback
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 박신석
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 2
- 학위구분 석사
- 학과 대학원 기계공학과
- 원문페이지 55 p
- UCI I804:11009-000000235359
- DOI 10.23186/korea.000000235359.11009.0001177
- 본문언어 영어
- 제출원본 000046072260
초록/요약
최근 VR(가상현실)과 AR(증강현실) 산업에서 큰 진보가 있었으며, 이에 따라 이러한 환경에서의 작업-성능 및 현실감 증대를 위해 경량이면서도 부드러운 촉각 인터페이스에 대한 필요성이 대두되고 있다. 최근 이러한 요구를 반영하는 다양한 햅틱 장치가 개발되고 있으나, 기존의 햅틱 장치들은 역감과 촉감 중 하나의 피드백만(single-modal feedback)을 렌더링만이 가능하다는 한계점이 있다. 따라서 본 논문에서는 텐던 구동 소프트 로봇 메커니즘을 이용한 새로운 촉각 장갑 인터페이스를 제안하려고 한다. 해당 촉각 인터페이스는 엄지손가락과 집게손가락에 작용하며 촉각 피드백과 역감 피드백을 동시에 제공할 수 있다. 역감 피드백의 경우 텐던의 정확한 제어를 위해 각 액추에이터마다 힘 센서가 연결되어 있으며, perception-based force distribution method를 적용하여 힘을 분배하여 각 관절에 전달했다. 또한 해당 매커니즘의 성능 검증 및 평가를 위해 세 가지 실험들과 함께 human subject survey를 진행하였다. 첫번째 실험에서는 인터페이스에 의해 검지의 MCP와 PIP 관절에 가해지는 역감과 역감 인터페이스에 의해 손가락 끝에 가해지는 힘을 매핑했다. 두번째 실험에서는 검지의 PIP, MCP 관절에 역감 피드백을 줄 때 손 끝에서 감지되는 힘에 대한 Just Noticeable Difference (JND)를 구하여 각 관절의 가중치 값을 얻었다. 실험 결과 관절에 따른 손가락 끝에서의 힘 인식은 사람마다 큰 차이가 없음을 확인하였다. 세번째 실험에서는 PIP, MCP에 역감 피드백을 분배하여 렌더링 했을 때의 JND와 이에 손가락 팁에 촉각 피드백이 함께 렌더링 되었을 때의 JND를 비교했다. 세번째 실험의 결과 손가락 끝에 촉감 피드백이 역감과 함께 렌더링 되었을 때 피실험자의 민감도가 올라가는 것으로 확인되었다. 마지막으로, human subjective rating 결과를 통해 촉감 피드백이 함께 렌더링 될 때 사용자들이 감각을 예리하게 인지하고, 현실감이 증대되었음을 확인하였다. 이를 통해 햅틱 인터페이스의 개발에 있어서 역감뿐만 아니라 촉감 피드백을 동시에 제공하는 것이 사용자의 민감성을 높이는데 긍정적인 효과를 기대할 수 있다는 결론을 얻을 수 있다.
more목차
CHAPTER 1 INTRODUCTION 1
1.1 Research Background 1
1.2 Related Work 2
1.2.1 Wearable Hand Haptic Interface 2
1.2.2 Hand Exoskeletons 3
1.2.3 Cutaneous and Force-feedback 4
1.2.4 Force Optimization 5
1.3 Aim and Scopes 5
1.4 Organization 6
CHAPTER 2 METHODS 8
2.1 Device Design 8
2.1.1 Design Consideration and Concept 8
2.1.2 Actuator Part 13
2.1.3 Sensor Part 14
2.1.4 Haptic Rendering Part 14
2.2 Rendering Haptic Feedback to a Finger for a contact with Virtual Surface 15
2.3 Tension Force Control and Friction Compensation 17
CHAPTER 3 EXPERIMENTAL EVALUATION OF FORCE RENDERING WITH THE TENDON-DRIVEN HAPTIC GLOVE 22
3.1 Introduction 22
3.2 Measurement 1: Mapping the Perceived Force at the Fingertip to the Force Applied to Joint 23
3.3 Measurement 2: Perception of Force Rendered at a Single Joint (PIP/MCP) 24
3.3.1 Experiment Design 25
3.3.2 Stimuli 26
3.3.3 Procedure 26
3.3.4 Result 28
3.4 Measurement 3: Perception of Force-feedback (PIP+MCP) and Force-feedback (PIP+MCP)+Cutnaeous Feedback 28
3.4.1 Stimuli 29
3.4.2 Result 30
3.5 Evaluation of Haptic Rendering Method 31
CHAPTER 4 CONCLUSION 34
4.1 Contribution 34
4.2 Comparison with Commercial Product 36
4.3 Future Work 37
Reference 38
국문 초록 45
