Dynamic spatial vibration form generation using modal decomposition : application to haptic surface

par Ehsan Enferad

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Frédéric Giraud et de Christophe Giraud-Audine.

  • Titre traduit

    Géenération dynamiques de formes spatiales de vibrations en utilisant la décomposition modale : application à la surface haptique


  • Résumé

    Actuellement, l'interaction haptique est visualisée, il a été démontré que le retour tactile améliore l'expérience et améliore la productivité en allégeant la charge visuelle.La plupart des technologies de retour haptique disponibles aujourd'hui sont basées sur une vision globale du monde. Ce travail aborde ce problème en développant une méthode utilisant des ondes élastiques pour réaliser des déformations de flexion planes hors plan sur une plaque mince. Dans cette étude, la décomposition modale est proposée pour obtenir une déformation contrôlée localement (stimulation haptique). L'approche nécessite seulement la connaissance du comportement modal de la structure. Cette connaissance peut être définie en utilisant sa projection sur les formes de mode. Pour des considérations pratiques, Une méthode pour définir les forces motrices dans l’espace modal. Les tensions réelles à appliquer aux actionneurs sont ensuite déduites. La méthodologie est validée sur plusieurs démonstrateurs de géométries différentes. La possibilité de contrôler l’un des deux modes de fonctionnement à l’aide d’un seul actionneur est validée en focalisant une forme prédéfinie à différents endroits. Pour éviter la limitation de la tension, un prototype à plusieurs actionneurs a été développé avec plus de vitesses. Les résultats confirment la polyvalence de la méthode. La robustesse face à l'identification des incertitudes et de la troncature est évaluée et proposée. Des tests haptiques préliminaires, avec des champs de vitesse contrastés et localisés sont présentés, montrant des résultats tangibles pour la différenciation et la localisation des stimuli par l'utilisateur.


  • Résumé

    Currently, the haptic interaction on screens is visual, although it has been demonstrated that tactile feedback enhances the experience and improves the productivity by relieving the visual load.Most of the haptic feedback technologies available today are based on global stimulation which limit their use for collaborative device interfaces or control panels for instance. This work address this problem by developing a method that uses elastic waves to realize localized out of plane bending deformations on a thin plate. In this study modal decomposition is proposed to realized controlled local deformation (haptic stimulation). The approach only necessitates the knowledge of the modal behavior of the structure which can be extracted from finite elements analysis or identified. By this prior knowledge arbitrary shapes can be defined using its projection on the mode shapes. For practical considerations, a model reduction criterion is proposed as well. A method to define the driving forces is developed which consists in setting the modes transients in the modal space. Actual voltages to be applied to the actuators are then deduced. The methodology is validated on several demonstrators with different geometries. The ability to control in open loop simultaneously over ten modes using a single actuator is validated by focalizing a predefined shape at different locations. To avoid voltage limitation, a prototype with several actuators was realized to create more elaborated shapes with higher velocities. The results confirm the versatility of the method. The robustness towards identification uncertainties and truncation is evaluated, and improvements with regards to identification errors and transient control in relation to the haptic experience are proposed. Preliminary haptic tests, with contrasted and localized velocity fields are presented, showing tangible results as for the differentiation and the localization of the stimuli by the user.



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