توصيفگر ها :
بهبود شفافيت , رابط لامسه اي , مدل دست انسان , پيش بين , كنترل كننده تطبيقي , نامساوي ماتريسي خطي
چكيده فارسي :
واقعيت مجازي زمينه‌‌ي نويني از علوم رايانه است كه امروزه گسترش كاربردها و تلفيق آن با سيستم‌هاي مهندسي در حال رشد است و انسان‌ها تمايل بيش‌تري پيدا مي‌كنند تا آن‌چه را كه در دنياي مجازي اتفاق مي‌افتد در واقعيت حس كنند. اين تعامل با ايجاد حس لمس براي انسان از طريق ربات‌هاي لامسه‌اي شكل مي‌گيرد. بنابراين نياز به آن است كه رابط لامسه‌اي محيط مجازي و نيروي حاصل از آن را، براي كاربر به صورت خيلي واقعي و يا بهتر است گفته شود كه شفاف شبيه‌سازي كند.
يكي از كاستي‌هايي كه در پژوهش‌هاي مربوط به سيستم‌هاي لامسه‌اي مشاهده مي‌شود، اين است كه اكثرا دست كاربر را به صورت يك عضو غيرفعال لحاظ كرده و با استناد به قضيه‌ي نافعالي آن را از تحليل حذف مي‌كنند در حالي‌كه دست انسان مانند يك ربات با عمل‌گرهاي فعال است. از طرفي دست كاربر داراي پارامترهاي امپدانسي‌اي است كه اين كميت‌ها مي‌توانند به اندازه‌ي دست هر انسان، جهت‌گيري دست او، دما و عوامل مختلف ديگري وابسته باشند. به علاوه، دست كاربر براي انسان‌هاي مختلف مقادير امپدانسي مختلفي به خود مي‌گيرد. بنابراين نياز به طراحي كنترل‌كننده‌اي است كه بتواند با اين عدم قطعيت پارامترهاي سيستم مقابله كند و بتواند ضمن حفظ پايداري، شفافيت را بهبود ببخشد.
در اين پژوهش دست انسان به صورت عضوي فعال مورد بررسي قرار مي‌گيرد و با طراحي كنترل‌كننده‌اي تطبيقي، شفافيت سيستم لامسه‌اي بهبود مي‌يابد. كنترل‌كننده‌ي مورد نظر با تخمين عدم قطعيت‌هاي ناشي از دست انسان سبب بهبود شفافيت سيستم مي‌شود. پايداري اين كنترل‌كننده به كمك روش لياپانوف اثبات مي‌شود. كارايي كنترل‌كننده، از طريق مقايسه با يك كنترل‌كننده (PD) بررسي مي‌شود.
يكي از سد‌هاي موجود در حفظ پايداري و بهبود شفافيت رابط‌هاي لامسه‌اي، بار محاسباتي سنگيني است كه در شبيه‌سازي‌هاي محيط مجازي وجود دارد. اين بار محاسباتي سنگين سبب ايجاد تاخير زماني در سيستم مي‌شود كه در اين پژوهش با طراحي پيش‌بين سعي بر حذف اثر آن بر روي شفافيت ربات است. اثبات پايداري پيش‌بين با روش نامساوي‌هاي ماتريسي خطي(LMI) صورت مي‌گيرد و سپس براي صحت‌سنجي عملكرد آن با پيش‌بين معروف و پر كاربرد اسميت، در محيط سيمولينك نرم افزار متلب مورد مقايسه قرار مي‌گيرد و براي بررسي دقيق‌تر كارايي پيش‌بين در سناريوهاي مختلف، پيش‌بين طراحي شده در پژوهش‌هاي پيشين مقايسه مي‌شود. غايت بر آن است كه پيش‌بين بتواند اثر تاخير زماني و نمونه‌برداري موجود در بازخورد محيط مجازي را جبران كند و به رابط لامسه‌اي اين اجازه را دهد كه مسيري پيوسته از محيط مجازي را دنبال كند.
چكيده انگليسي :
Virtual reality is a new field of computer science which its applications and integration with engineering systems is expanding on a daily basis and people are becoming more and more inclined to feel what is happening in the virtual world. In order to feel, the sense of touch is formed for humans through haptic devices. To achieve this goal, the need arises for haptic robots to simulate the virtual environment and the resulting force similar to a realistic experience, better to say a Transparent experience.
One of the deficiencies seen in haptic systems research is that they often treat the userʹs hand as an passive element and therefore do not consider it in the analysis based on the Passive Theorem, Whereas, the human hand is like a robot with active actuators. On the other hand, the userʹs hand has impedance parameters that these parameters can vary based on the size of each personʹs hand, the orientation of the hand, temperature, and various other factors. So, the userʹs hand receives different impedance values for different people. Therefore, there is a need for a controller design which deals with this uncertainty of system parameters and improves transparency while maintaining stability.
In this study, the human hand is considered an active member and with the design of an adaptive controller, the transparency of the haptic system is improved. This controller improves the transparency of the system by estimating human-induced uncertainties. The stability of the controller is proved by the Lyapunov method. One of the barriers to maintaining stability and improving the transparency of touch robots is the heavy computational burden that exists in virtual environment simulations. This heavy computational load causes a time delay in the system, which this study tries to eliminate its effect on transparency by designing a predictor. The predictor ʹs stability is proved by the linear matrix inequality (LMI) method and then to verify its performance the predictor is compared to Smithʹs famous and widely used predictor in MATLAB software Simulink environment. The goal is for the predictor to be able to compensate for the effect of time delay and sampling in the virtual environment, allowing the haptic device to follow a continuous path generated by the virtual environment.
