Estudio de la influencia del usuario y los modos de vibración de la interfaz en la estabilidad y dinámica de sistemas hápticos

Abstract

Las interfaces hápticas intentan recrear la sensacón transmitida por la interacción con un objeto representado en un escenario virtual, realizando esto a través de un brazo robótico. Los sistemas actuales se han visto beneficiados con respuestas más realistas visualmente, pero en cuanto a las técnicas de rendering háptico, en las cuales se necesita una retroalimentación en posición o en fuerza, no se ha logrado transmitir plenamente la sensación de rigidez de un objeto. En lugar de eso, los objetos rígidos virtuales no se sienten naturales, debido a que al ser tocados con la interfaz háptica no son lo suficientemente rígidos o presentan oscilaciones y rebotes. Esta tesis analiza la influencia de varios elementos presentes en el lazo de control que condicionan el funcionamiento y la estabilidad de sistemas hápticos basados en impedancias. Las conclusiones de este estudio pueden ser utilizadas en el diseño de interfaces hápticas, realizando también aportaciones a diferentes campos del conocimiento involucrados en este tipo de sistemas que influyen unidos en el mismo lazo de realimentación. Este estudio se ha enfocado principalmente en dos fenómenos. El primero es la influencia de la posición de agarre del usuario en la dinámica del sistema. Este objetivo requiere de la selección de un modelo mecánico diseñado con este propósito para identificar los parámetros donde influye el usuario. Debido a que las características humanas difieren de una persona a otra, se ha realizado un análisis estadístico para confirmar la repercusión de este factor, validando las conclusiones de su importancia frente a otros factores. La posición de agarre del stylus es uno de los principales factores que intervienen en la respuesta del sistema, afectando la percepción del amortiguamiento de los objetos rígidos virtuales. El segundo fenómeno estudiado ha sido el de los modos de vibración del dispositivo y la forma como afectan la estabilidad del sistema háptico. Se ha encontrado que los modos de resonancia modelados reducen significativamente los valores de la impedancia implementable o región-Z en la rigidez de objetos virtuales. Esto ha sido corroborado para la región-Z del PHANToM. Estos resultados han sido aplicados en un control adaptable para garantizar la transmisión de las propiedades de un escenario virtual, sin importar quién o dónde se agarre la interfaz háptica.