Ungrounded haptic interfaces for guidance and interaction rendering

Interfaces haptiques non fondées pour le guidage et le rendu d'interaction

• Auteur / Autrice : Lisheng Kuang
• Direction : Claudio Pacchierotti, Paolo Robuffo Giordano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, productique et robotique
• Date : Soutenance le 23/06/2023
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - RAINBOW
• Jury : Président / Présidente : Marie Babel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Chevallereau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathanaël Jarrassé, Lorenzo Masia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réalité virtuelle

Interaction homme-robot

Mots clés libres

Haptique non fondée

Interaction homme-Robot-Environnement

Ungrounded haptics

Human-Robot-Environment interaction

Résumé

Les systèmes haptiques sans sol jouent un rôle clé dans l'interaction homme-robot-environnement, les défis résident dans le développement de ces dispositifs, y compris la conception mécatronique, les algorithmes de rendu haptique, et la compréhension de la perception haptique. Dans cette thèse, nous présentons la conception de plusieurs dispositifs haptiques non ancrés dans le sol (portables et de poche) capables de générer diverses sensations tactiles pour l'homme en vue de l'application de la navigation et du rendu de l'environnement. Dans la première contribution, nous explorons le développement d'un dispositif cutané à porter sur plusieurs positions du corps pour appliquer un retour d'information sur la position et l'emplacement dans des scénarios de navigation. Dans la deuxième contribution, nous présentons la conception d'un mécanisme parallèle contraint pour le rendu haptique kinesthésique pour le guidage des mouvements de la main et le rendu tactile de type rencontre. Dans la troisième contribution, nous présentons un ensemble de dispositifs palmaires montés sur la main avec des effecteurs terminaux interchangeables, qui inspirent également l'exploration de matériaux souples et déformables pour le rendu des sensations tactiles. Enfin, dans la dernière contribution, nous étudions l'efficacité du retour haptique (kinesthésique, vibrotactile) pour l'entraînement des capacités motrices en réalité virtuelle.

Unground haptic systems play key role in the human-robot-environment interaction, the challenges lie in the development of these devices, including the mechatronic design, haptic rendering algorithms and the understanding of haptic perception. In this thesis, we present the design of multiple ungrounded (wearable and handheld) haptic devices able to generate diverse touch sensations to the human for the application of navigation and rendering environment. In the first contribution, we explore the development of multiple-body-position wear cutaneous device for applying position/location feedback in navigation scenario. In the second contribution, we present the design of constrained parallel mechanism for kinesthetic haptic rendering for hand motion guidance and encounter-type touch rendering. In the third contribution, we present a set of hand-mounted palmar devices with interchangeable end-effectors, which also inspire the exploration of soft and deformable materials for touch sensation rendering. Finally, in the last contribution, we study the effectiveness of haptic feedback (kinesthetic, vibrotactile) for motor skill training in virtual reality.