Teleoperación manual con retroalimentación cinestésica y táctil combinada: una interfaz de exoesqueleto de extremidad superior completa mejorada por actuadores lineales táctiles
Autores: Leonardis, Daniele; Gabardi, Massimiliano; Marcheschi, Simone; Barsotti, Michele; Porcini, Francesco; Chiaradia, Domenico; Frisoli, Antonio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Teleoperación manual con retroalimentación cinestésica y táctil combinada: una interfaz de exoesqueleto de extremidad superior completa mejorada por actuadores lineales táctiles
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Manipulación
Retroalimentación táctil
Retroalimentación de fuerza cinestésica
Exoesqueletos
Dispositivos hápticos
Teleoperación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
La manipulación implica tanto retroalimentación táctil fina, con transitorios dinámicos percibidos por los mecanorreceptores de las yemas de los dedos, como retroalimentación de fuerza cinestésica, que involucra toda la estructura musculoesquelética de la mano. En experimentos de teleoperación, estos aspectos fundamentales suelen dividirse entre diferentes configuraciones en el lado del operador: aquellas que utilizan guantes ligeros y sistemas de seguimiento óptico, orientadas hacia la retroalimentación solo táctil, y aquellas que implementan exoesqueletos o manipuladores fijos como dispositivos hápticos que proporcionan retroalimentación de fuerza cinestésica. A nivel de interfaces de mano, los exoesqueletos que proporcionan retroalimentación de fuerza cinestésica enfrentan un compromiso entre las fuerzas máximas renderizadas y el ancho de banda de los actuadores integrados, lo que hace que estos sistemas no puedan renderizar adecuadamente la retroalimentación táctil. Para superar estas limitaciones, aquí investigamos un exoesqueleto completo de extremidad superior, que cubre todos los segmentos del cuerpo de la extremidad superior desde el hombro hasta las falanges de los dedos, acoplado con actuadores de bobina de voz lineales en las yemas de los dedos. Estos se desarrollan para renderizar retroalimentación táctil de ancho de banda amplio junto con la retroalimentación de fuerza cinestésica proporcionada por el exoesqueleto de la mano. Investigamos el sistema en una tarea de teleoperación de recoger y colocar, bajo dos condiciones de retroalimentación diferentes (solo visual y visuo-háptica). Se evalúan y comparan el rendimiento basado en las fuerzas de interacción medidas y el número de ensayos correctos. El estudio demuestra la viabilidad y efectividad general de un complejo exoesqueleto completo de extremidad superior (siete grados de libertad actuados por extremidades más cinco grados de libertad de la mano) capaz de proporcionar retroalimentación háptica cinestésica y táctil combinada. Los resultados cuantitativos muestran mejoras significativas en el rendimiento cuando se proporciona retroalimentación háptica, en particular para las fuerzas medias y máximas ejercidas, y para la tasa de aciertos en la tarea de recoger y colocar.
Descripción
La manipulación implica tanto retroalimentación táctil fina, con transitorios dinámicos percibidos por los mecanorreceptores de las yemas de los dedos, como retroalimentación de fuerza cinestésica, que involucra toda la estructura musculoesquelética de la mano. En experimentos de teleoperación, estos aspectos fundamentales suelen dividirse entre diferentes configuraciones en el lado del operador: aquellas que utilizan guantes ligeros y sistemas de seguimiento óptico, orientadas hacia la retroalimentación solo táctil, y aquellas que implementan exoesqueletos o manipuladores fijos como dispositivos hápticos que proporcionan retroalimentación de fuerza cinestésica. A nivel de interfaces de mano, los exoesqueletos que proporcionan retroalimentación de fuerza cinestésica enfrentan un compromiso entre las fuerzas máximas renderizadas y el ancho de banda de los actuadores integrados, lo que hace que estos sistemas no puedan renderizar adecuadamente la retroalimentación táctil. Para superar estas limitaciones, aquí investigamos un exoesqueleto completo de extremidad superior, que cubre todos los segmentos del cuerpo de la extremidad superior desde el hombro hasta las falanges de los dedos, acoplado con actuadores de bobina de voz lineales en las yemas de los dedos. Estos se desarrollan para renderizar retroalimentación táctil de ancho de banda amplio junto con la retroalimentación de fuerza cinestésica proporcionada por el exoesqueleto de la mano. Investigamos el sistema en una tarea de teleoperación de recoger y colocar, bajo dos condiciones de retroalimentación diferentes (solo visual y visuo-háptica). Se evalúan y comparan el rendimiento basado en las fuerzas de interacción medidas y el número de ensayos correctos. El estudio demuestra la viabilidad y efectividad general de un complejo exoesqueleto completo de extremidad superior (siete grados de libertad actuados por extremidades más cinco grados de libertad de la mano) capaz de proporcionar retroalimentación háptica cinestésica y táctil combinada. Los resultados cuantitativos muestran mejoras significativas en el rendimiento cuando se proporciona retroalimentación háptica, en particular para las fuerzas medias y máximas ejercidas, y para la tasa de aciertos en la tarea de recoger y colocar.