Haptics for Virtual Reality and Teleoperation

این کتاب تمام موضوعات مرتبط با طراحی رابط های لمسی و سیستم های عملیات از راه دور را پوشش می دهد. این کتاب دانش اولیه مورد نیاز برای درک رویکردهای پیچیده تر را ارائه می دهد و مهمتر از آن همه مواردی را که باید برای طراحی رابط های لمسی کارآمد و ایمن در نظر گرفته شود، معرفی می کند. موضوعات پوشش داده شده در این کتاب بینشی در مورد تمام اجزای مرتبط یک سیستم لمسی ارائه می دهد.
خواننده از درک مفهوم واقعیت مجازی به هدف نهایی یعنی توانایی طراحی رابط های لمسی برای کارهای خاص مانند دستکاری نانو هدایت می شود.

فصل مقدمه رابط های لمسی را در زمینه واقعیت مجازی قرار می دهد. به منظور طراحی رابط های لمسی که با توانایی های انسانی مطابقت داشته باشد، حداقل درک اولیه از سیستم حسگر-موتور انسانی مورد نیاز است. مروری بر این موضوع در فصل مربوط به لمس انسان ارائه شده است. این کتاب سعی نمی‌کند راه‌حل‌های رابط لمسی را معرفی کند، زیرا این راه‌حل‌ها به سرعت تغییر می‌کنند. فقط یک انتخاب دقیق از پیکربندی های مختلف سینماتیک برای معرفی خواننده به این زمینه نشان داده شده است.

مدل‌های ریاضی محیط مجازی، موضوعات تشخیص برخورد و رندر نیرو به شدت به هم مرتبط هستند و در دو فصل بعدی توضیح داده شده‌اند. تعامل با محیط مجازی با یک رابط لمسی شبیه سازی شده است. رویکردهای مبتنی بر امپدانس و پذیرش برای کنترل ربات لمسی ارائه شده است. مسائل پایداری تعامل لمسی با جزئیات تجزیه و تحلیل شده و راه حل هایی برای تضمین عملکرد پایدار و ایمن ارائه شده است. در نهایت، تعامل لمسی به سیستم های عملیات از راه دور گسترش یافته است. وسایل مجازی که عملکرد از راه دور و همکاری انسان و ربات را در محیط‌های پیچیده بهبود می‌بخشند، در ادامه پوشش داده می‌شوند و فصل آخر، دستکاری نانو را به عنوان نمونه‌ای خاص از عملیات دور ارائه می‌کند.

This book covers all topics relevant for the design of haptic interfaces and teleoperation systems. The book provides the basic knowledge required for understanding more complex approaches and more importantly it introduces all issues that must be considered for designing efficient and safe haptic interfaces. Topics covered in this book provide insight into all relevant components of a haptic system.
The reader is guided from understanding the virtual reality concept to the final goal of being able to design haptic interfaces for specific tasks such as nanomanipulation.

The introduction chapter positions the haptic interfaces within the virtual reality context. In order to design haptic interfaces that will comply with human capabilities at least basic understanding of human sensors-motor system is required. An overview of this topic is provided in the chapter related to human haptics. The book does not try to introduce the state-of-the-art haptic interface solutions because these tend to change quickly. Only a careful selection of different kinematic configurations is shown to introduce the reader into this field.

Mathematical models of virtual environment, collision detection and force rendering topics are strongly interrelated and are described in the next two chapters. The interaction with the virtual environment is simulated with a haptic interface. Impedance and admittance based approaches to haptic robot control are presented. Stability issues of haptic interaction are analyzed in details and solutions are proposed for guaranteeing stable and safe operation. Finally, haptic interaction is extended to teleoperation systems. Virtual fixtures which improve the teleoperation and human-robot cooperation in complex environments are covered next and the last chapter presents nanomanipulation as one specific example of teleoperation.