Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Cartesian Force Estimation of a 6-DOF Parallel Haptic Device
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Kartesisk kraftuppskattning av en 6-DOF parallellhaptisk enhet (Swedish)
Abstract [en]

The haptic device recreates the sense of touch by applying forces to the user. Since the device is “rendering” forces to emulate the physical interaction, the force control is essential for haptic devices. While a dedicated force/torque sensor can close the loop of force control, the additional equipment creates extra moving mass and inertia at the tool center point (TCP). Therefore, estimating the Cartesian force at the TCP has continuously been receiving attention over the past decades.

The objective of this thesis project is to develop a real-time force estimation algorithm based on the proportional current-torque relationship with the dynamic modeling of the TAU haptic device. The algorithm can be further used for the force control of the device. The research questions of the thesis are: how to design and develop an algorithm for the TAU that used for Cartesian contact force estimation, how to set up the force estimation test bench and how to evaluate the results of the force estimation algorithm.

In order to achieve the force estimation algorithm, a virtual environment is built to simulate the real-time haptic physics. Then an external force/torque sensor is installed at the TCP to get the measurement of the Cartesian force at the TCP. The force estimation algorithm calculates the Cartesian force at the TCP based on the current measurement of the DC motors at the six joints. The estimation result of the Cartesian force at the TCP is then compared with the force/torque sensor measurement to determine if the estimation algorithm is sufficiently accurate. The analysis of the estimation accuracy emphasizes the feasibility of Cartesian force estimation on the TAU haptic device.

Abstract [sv]

En haptikenhet gör det möjligt att förmedla en känsla av kontakt i en virtuell värld genom att skapa krafter som motverkar en rörelse . Hur denna kraft skapas och kontrolleras är av stor vikt för att få den så verklighetstrogen som möjligt. Om man har en kraftsensor kan den användas till att utforma en kraftreglering med återkoppling, men på bekostnad av en ökad massa och tröghet vid användarens hand. Detta har medfört ett ökat intresse under de senaste åren för att på olika sätt försöka uppskatta den kraft som återkopplas till användaren utan att behöva en kraftsensor.

Målet för detta examensarbete är att utveckla en algoritm för att uppskatta en kontaktkraft i realtid baserat på antagandet att motormomentet är proportionellt beroende av strömmen. Algoritmen kan sedan användas för att konstruera en sluten reglerloop med kraftåterkoppling för en haptisk enhet. Forskningsfrågorna som behandlas i detta examensarbete är;

 hur kan vi utforma en algoritm för estimering av kontaktkrafter för haptikenheten TAU

 hur kan vi utforma en experimentell försöksuppställning för mätning av de verkliga kontaktkrafterna från TAU vid kontakt.

 hur kan vi använda resultaten från experimenten för utvärdering av algoritmen

För testning och utvärdering av algoritmen har en virtuell värld skapats för att efterlikna en simuleringsmiljö som haptikenheten är tänkt att användas i. En kraftsensor har monterats under det verktyg som användaren håller i när enheten används när ett typiskt ingrepp ska övas i en simulator, t.ex. borrning i en tand. Vid experimenten beräknar algoritmen den uppskattade kontaktkraften som användaren känner baserat på den uppmätta strömmen för de sex motorer som aktiveras av kontakten. Dessa beräknade värden har sedan jämförts med de från kraftsensorn uppmätta för att avgör om algoritmen är tillräckligt noggrann. Analysen visar att noggrannheten är tillräckligt bra för att vara en lovande ansats till att användas för kraftuppskattning vid reglering av kontaktkraft för haptikenheten TAU.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 53
Series
TRITA-ITM-EX ; 2019:662
Keywords [en]
Haptic device, Cartesian force estimation, force/torque sensor
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-264990OAI: oai:DiVA.org:kth-264990DiVA, id: diva2:1376464
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-12-09 Created: 2019-12-09 Last updated: 2019-12-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5653 kB)11 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5653 kBChecksum SHA-512
946ea7d5a575e600286176e554f4249f3bcfe81b3201e51123a9d60f9ec0564dfdb07853355a952194616bd87a46992dda9f9a3852ab6c478d21677ad49541ca
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Industrial Engineering and Management (ITM)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 11 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 36 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf