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Haptisches Display zur Darstellung harter Kontakte

Schiebahn, Matthias (2000):
Haptisches Display zur Darstellung harter Kontakte.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

In der virtuellen Realität und bei Telemanipulationen werden dem Benutzer neben akustischen und visuellen Rückmeldungen in zunehmendem Maße auch haptische Informationen der nachgebildeten Umwelt vermittelt.

Durch den Einsatz dieser sogenannten haptischen Displays werden z.B. Arbeitsabläufe bei der Montage mikroskopisch kleiner Bauteile oder bei chirurgischen Eingriffen am Menschen wesentlich erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht.

Bisher entwickelte Displays können aber aufgrund nicht ausreichender Kräfte und Steifigkeit harte Kontakte nur unzureichend simulieren. Harter Kontakt bedeutet die Berührung mit einem harten, unnachgiebigen Gegenstand wie beispielsweise einer Wand.

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines haptischen Displays speziell zur Darstellung dieser harten Kontakte. Bei der Realisierung sollten dazu insbesondere die Einsatzmöglichkeiten verschiedener Bremsentypen untersucht werden. Die geeignetsten Typen sollten bei der Konstruktion des Displays berücksichtigt werden.

Ergebnis dieser Arbeit ist ein haptisches Display, das die Untersuchung von verschiedenen Bremsentypen bezüglich ihrer Eignung zur Darstellung von harten Kontakten ermöglicht.

Zum Einsatz kommen die Magnetpulverbremse und die Elektromagnetbremse. Zudem ist die Erweiterung um ein Reibrichtgesperre in Form eines Reibdaumens vorgesehen. Das Display kann zwischen diesen verschiedenen Bremsen einfach umgeschaltet werden.

Simuliert wird eine Greifbewegung mit Daumen und Zeigefinger, z.B. das Greifen eines (harten) Schreibstiftes. Die Bewegung der Finger wird über die Eingabehebel in eine Drehbewegung umgesetzt. Dies entspricht der Benutzung einer Zange, deren Griffe real sind, deren anderes Ende aber in der virtuellen Realität simuliert wird. Durch Verkopplung der Eingabehebel mittels Zahnrädern ist das Display auf einen Freiheitsgrad beschränkt.

Die Position der Eingabehebel wird permanent gemessen. Die Schließbewegung kann zunächst frei erfolgen; bei Erreichen der Position des virtuellen Gegenstandes wird die entsprechende Bremse blockiert.

Die Öffnungsbewegung muß immer frei erfolgen können, d.h. bei Beginn dieser Bewegung muß die Bremse wieder gelöst werden. Dies geschieht durch Auswertung der auf die Eingabehebel ausgeübten Kraft, die über Dehnungsmeßstreifen gemessen wird. Das Lösen der Bremse erfolgt im Nulldurchgang des Kraftverlaufs.

Versuche und Messungen haben gezeigt, daß das haptische Display in der Lage ist, harte Kontakte überzeugend und realistisch zu simulieren.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2000
Creators: Schiebahn, Matthias
Title: Haptisches Display zur Darstellung harter Kontakte
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

In der virtuellen Realität und bei Telemanipulationen werden dem Benutzer neben akustischen und visuellen Rückmeldungen in zunehmendem Maße auch haptische Informationen der nachgebildeten Umwelt vermittelt.

Durch den Einsatz dieser sogenannten haptischen Displays werden z.B. Arbeitsabläufe bei der Montage mikroskopisch kleiner Bauteile oder bei chirurgischen Eingriffen am Menschen wesentlich erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht.

Bisher entwickelte Displays können aber aufgrund nicht ausreichender Kräfte und Steifigkeit harte Kontakte nur unzureichend simulieren. Harter Kontakt bedeutet die Berührung mit einem harten, unnachgiebigen Gegenstand wie beispielsweise einer Wand.

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines haptischen Displays speziell zur Darstellung dieser harten Kontakte. Bei der Realisierung sollten dazu insbesondere die Einsatzmöglichkeiten verschiedener Bremsentypen untersucht werden. Die geeignetsten Typen sollten bei der Konstruktion des Displays berücksichtigt werden.

Ergebnis dieser Arbeit ist ein haptisches Display, das die Untersuchung von verschiedenen Bremsentypen bezüglich ihrer Eignung zur Darstellung von harten Kontakten ermöglicht.

Zum Einsatz kommen die Magnetpulverbremse und die Elektromagnetbremse. Zudem ist die Erweiterung um ein Reibrichtgesperre in Form eines Reibdaumens vorgesehen. Das Display kann zwischen diesen verschiedenen Bremsen einfach umgeschaltet werden.

Simuliert wird eine Greifbewegung mit Daumen und Zeigefinger, z.B. das Greifen eines (harten) Schreibstiftes. Die Bewegung der Finger wird über die Eingabehebel in eine Drehbewegung umgesetzt. Dies entspricht der Benutzung einer Zange, deren Griffe real sind, deren anderes Ende aber in der virtuellen Realität simuliert wird. Durch Verkopplung der Eingabehebel mittels Zahnrädern ist das Display auf einen Freiheitsgrad beschränkt.

Die Position der Eingabehebel wird permanent gemessen. Die Schließbewegung kann zunächst frei erfolgen; bei Erreichen der Position des virtuellen Gegenstandes wird die entsprechende Bremse blockiert.

Die Öffnungsbewegung muß immer frei erfolgen können, d.h. bei Beginn dieser Bewegung muß die Bremse wieder gelöst werden. Dies geschieht durch Auswertung der auf die Eingabehebel ausgeübten Kraft, die über Dehnungsmeßstreifen gemessen wird. Das Lösen der Bremse erfolgt im Nulldurchgang des Kraftverlaufs.

Versuche und Messungen haben gezeigt, daß das haptische Display in der Lage ist, harte Kontakte überzeugend und realistisch zu simulieren.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Berührung harter Gegenstände, Bremse elektromagnetisch, Bremsprinzipien, Haptisches Display, Kraftmessung, Magnetpulverbremse, Reibgesperre als Bremse
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 08 Sep 2011 16:52
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1452

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 17-05-1999

Ende Datum: 29-02-2000

Querverweis: 17/24 EMKS 1451, 17/24 EMKD 1458

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

Abschluss: Diplom (EMK)

Identification Number: 17/24 EMKS 1452
Referees: Doerrer, Dipl.-Ing. Christoph and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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