Palanca Hptica con Entorno Visual

Cindy Paola Bez Ruiz, Carlos Mauricio Chacn Gil, Juan Pablo Jara RubianoDepartamento de Ingeniera Electrnica, Universidad CentralBogot, Colombiacbaezr@ucentral.edu.cocchacong1@ucentral.edu.cojjarar@ucentral.edu.co

Abstract-- En el desarrollo de este proyecto se presenta el diseo e implementacin de un sistema sencillo de control hptico con un entorno grfico, con el fin de investigar las posibilidades, ventajas y problemas de diseo que se generan en la creacin de estos dispositivos para ser usados en aplicaciones de control de robots. Para lograr este objetivo se est realizando un prototipo de la palanca de control que mostrara su posicin en un entorno grfico y podr realizar el movimiento de un objeto, el cual generar resistencia al movimiento.

Palabras clave: Robtica, Sistemas Hpticos, Realidad Virtual

I. INTRODUCCIN

Los dispositivos hpticos son aquellos que permiten al usuario tocar, sentir o manipular objetos simulados en entornos virtuales y sistemas teleoperados. En la mayora de simulaciones realizadas en entornos virtuales, basta con emplear displays 3D y dispositivos de sonido 3D estreo para provocar en el usuario, mediante imgenes y sonidos, la sensacin de inmersin dentro del espacio virtual. No obstante, adems de provocar en el usuario esta sensacin de inmersin, se le debe proporcionar la posibilidad de interactuar con el medio virtual, pudiendo establecer entre el usuario y el entorno virtual una transferencia bidireccional y en tiempo real de informacin mediante el empleo de interfaces de tipo hptico. [1]

II. DESARROLLO DEL PROYECTO

A. Tipo de Dispositivo

Los dispositivos hpticos se encuentran clasificados en dos tipos diferentes de control el cual est asociado al tipo de variable que mide en la entrada y el tipo de respuesta que brinda el sistema. Estos dos tipos de control se basan en la impedancia y la admitancia.

Los dispositivos controlados por impedancia toman su seal de entrada por medio del desplazamiento realizado por el usuario y reaccionan con una seal de fuerza a la salida. En los que estn controlados por admitancia, por el contrario, la fuerza ejercida por el usuario sobre el dispositivo es medida, reaccionando con una seal de movimiento. [2]

El sistema de control que se implementa en el desarrollo de este proyecto es de tipo admitancia, ya que la variable de entrada del dispositivo ser medida en el movimiento que se realice en la parte superior de la palanca hptica, brindando una fuerza como respuesta del sistema en la parte inferior.

B. Prototipo

El prototipo de palanca que se plantea en el desarrollo de este proyecto consiste en el dispositivo de la figura 1, est elaborado en acrlico y se comporta como un pndulo, el cual se encuentra anclado en su centro a una base que le permite el movimiento rotacional requerido para realizar el sensado de posicin. La parte superior del pndulo tiene un rea pequea de contacto en la cual se aplica la fuerza que realiza el movimiento del sistema y el cual se ve reflejado en el movimiento del puntero en el entorno virtual. La parte inferior cuenta con una amplia rea de contacto la cual est en contacto con el eje de un motor, en este contacto se ve reflejada la realimentacin de fuerza de salida del sistema, que se encuentra controlada por el sistema de control del motor y genera resistencia al movimiento de la palanca de acuerdo al lugar de movimiento del cursor y si este se encuentra en un rea libre o con obstculos que requieran ser movidos.

Fig. 1 Palanca hptica

C. Interfaz Grfica

En el diseo que se elabor, para tener un control sobre el movimiento que se realiza en la palanca se hace necesario implementar un sistema que permita controlar de manera fcil el movimiento de la palanca y a la vez brinde una ayuda al usuario de que labor est realizando al mover el dispositivo.

Para este fin se crea una interfaz grfica que sirve como gua al usuario para indicar la posicin de la palanca, los lmites de movimiento a los que se puede llevar la palanca y hasta el encuentro con obstculos que se interpongan en el camino del puntero. La respuesta de esta interfaz se ve reflejada en el motor conectado a la palanca hptica.

Para el diseo de la interfaz grfica se usa Visual Studio Express que es un software usado principalmente para la creacin de aplicaciones grficas y que tiene todos los componentes para desarrollar y disear una interfaz virtual. Se escoge este software por su facilidad para la creacin de interfaces grficas, por permitir la visualizacin y modificacin de atributos del elemento y por soportar mltiples lenguajes de programacin como C++, C# y Visual Basic entre otros. [3]

D. Sistema de Control

El sistema de control que se aplica a la palanca hptica consiste en relacionar la interfaz grfica con el diseo fsico del dispositivo.

Para lograr correlacionar estas dos partes del dispositivo hptico es necesario tener una comunicacin directa entre el sistema de control del motor y el equipo en donde se est corriendo el entorno grfico que permite definir los lmites de funcionamiento de la palanca. Para esta comunicacin se emplea un conector USB 2.0 3.0 que permite la transmisin de datos entre una gran gama de dispositivos externos (perifricos) con la computadora. El USB 2.0 transmiten en un medio unidireccional los datos, esto es solamente se enva recibe datos en un sentido a la vez, mientras que la versin USB 3 cuenta con un medio Dplex que permite enviar y recibir datos de manera simultnea. [4]

El proceso del sistema de control cuenta con los siguientes pasos:

1. Mediante la punta superior de la palanca hptica, se recoge la informacin de posicin del dispositivo y en caso de haber movimiento, este ser detectado.2. Se produce el envo de la informacin de desplazamiento de la palanca al simulador de la interfaz grfica por medio del conector USB.3. Se realiza la interaccin con ambiente virtual y el clculo de fuerzas de acuerdo a la posicin de la palanca y el tipo de movimiento detectado.4. Se enva la seal de respuesta del simulador grfico al dispositivo por medio del conector USB.5. Se produce en la parte inferior de la palanca la fuerza necesaria para generar en el usuario la sensacin de dificultad para mover algn elemento en la interfaz grfica.

E. Diseo Electrnico

Shdfjasdfljadshfjasdfjhskjcdifhsdu

III. CONCLUSIONES

JHDFdjhfodHOJDSJAlksa

REFERENCIAS

[1]D. Arias, 'haptica: Interfaces Hpticas', Haptica.blogspot.com, 2008. [Online]. Available: http://haptica.blogspot.com/2008/10/interfaces-hpticas.html. [Accessed: 6- May- 2015].[2]M. Garca, 'TCNICAS Y DISPOSITIVOS DE REALIDAD VIRTUAL', http://www.gmrv.es/, 2012. [Online]. Available: http://www.gmrv.es/~mgarcia/RVA/Hapticos.pdf. [Accessed: 4- May- 2015].[3] Kioskea, 'Visual Basic Express', 2014. [Online]. Available: http://es.kioskea.net/download/descargar-28053-visual-basic-express. [Accessed: 09- May- 2015].[4] Informaticamoderna.com, 'Puerto USB 3.0, 2.0 y 1, caractersticas y capacidades .:: www.informaticamoderna.com ::.', 2015. [Online]. Available: http://www.informaticamoderna.com/El_puerto_USB.htm. [Accessed: 05- May- 2015].[5]L. Castagneto, 'Formato articulos ieee', Es.slideshare.net, 2013. [Online]. Available: http://es.slideshare.net/luisitocastagneto/formato-articulos-ieee-21019164. [Accessed: 29- Apr- 2015].[6]G. Burdea, Force and touch feedback for Virtual Reality. New York: Wiley, 1996.[7]D. Ruspini and O. Khatib, 'Haptic display for human interaction with virtual dynamic environments', Journal of Robotic Systems, vol. 18, no. 12, pp. 769-783, 2001.