Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας προτείνεται μεθοδολογία για την ανακατασκευή ενός
ενδιάμεσου μοντέλου (model-mediated) με σκοπό την απόδοση των απτικών
χαρακτηριστικών, σε εφαρμογές τηλερομποτικής, υπό την παρουσία χρονικής καθυστέρησης
στη μετάδοση της πληροφορίας. Πιο συγκεκριμένα, η υλοποίηση της διαδικασίας
τηλεχειρισμού βασίζεται στην ανάδραση δύναμης που αξιοποιείται από τη συνύπαρξη δύο
θεμελιωδών τεχνικών, η συνεργασία των οποίων διευκολύνει την αλληλεπίδραση του
χρήστη (master site) με ένα άγνωστο και απομονωμένο περιβάλλον (slave site), παρέχοντας
στο χειριστή μια ολοκληρωμένη αντίληψη για τις διδιάστατες γεωμετρικές και δυναμικές
ιδιότητες του απομακρυσμένου αντικειμένου. Ο ελεγκτής συνδυάζει την αναδρομικότητα
ενός αλγορίθμου ελαχίστων-τετραγώνων (RLS) για την εκτίμηση των τοπικών
χαρακτηριστικών, με την προσαρμοστικότητα ενός αυτο-οργανούμενου χάρτη (SOM),
αναπτυσσόμενου κατά μήκος της επιφάνειας του αντικειμένου, τα κύτταρα του οποίου
χρησιμοποιούνται ως μονάδες για την αποθήκευση της τοπικής πληροφορίας, συνθέτοντας,
τελικά, μέσω μιας διαδικασίας παρεμβολής, την εικονική επιφάνεια του
ανακατασκευασμένου μοντέλου. Μία σειρά από ψυχοφυσικά πειράματα που διεξήχθησαν,
στα οποία κάθε υποκείμενο κλήθηκε να εξερευνήσει την επιφάνεια ενός άγνωστου
διδιάστατου εικονικού αντικειμένου, καμπύλου σχήματος, και να αποκριθεί για το σχήμα
του, επιδεικνύουν την αποδοτική λειτουργία και την εξαιρετική επίδοση της προτεινόμενης
μεθοδολογίας σε σχέση με την απτική απόδοση και, εν τέλει, την επιτυχή αντίληψη απτικών
χαρακτηριστικών σχήματος, καταδεικνύοντας, έτσι, τη δυνατότητα εφαρμογής ενός τέτοιου
μεθοδολογικού πλαισίου για τη μείωση των επιπτώσεων χρονοκαθυστέρησης σε
τηλερομποτικά συστήματα.
(EL)
The diploma thesis proposes and implements a model-mediated methodological framework
for the telehaptic exploration of unknown 2D shapes, applicable in telerobotic tasks, that can
suffer from the presence of large time delays in the bilateral communication loop. The
proposed approach focuses on the display of haptic properties in a telemanipulation control
loop, combining techniques performing real-estimation reconstruction and shading of local
shape attributes. Particularly, the implementation of this procedure is based on force
feedback that is exploited by two main techniques, the combination of which facilitates the
interaction between a user (master site) and a remote environment (slave site), providing
some information about the two-dimensional geometric and dynamic properties of an
unknown object. The controller, that was developed, combines the advantages of a recursive
least-squares (RLS) algorithm, and the adaptive properties of a self-organizing map (SOM),
growing along the surface of the object, each node of which is used for storing local shape
(and generally haptic) attributes. Finally, those two techniques are used for composing the
virtual surface of the reconstructed model, through an interpolation (haptic shading) method.
A series of psychophysical experiments that has been conducted, where each subject
manipulated the haptic master to explore the surface of unknown two-dimensional virtual
and curved object, and then responded about its shape, shows the effectiveness of the
proposed model-mediated scheme and its efficiency in terms of haptic rendering and shape
perception performance.
(EN)
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
