Tactile Device (또는 Tactile Display)
제한적인 자극으로 피부에 느낌을 전달합니다.
- 진동, 압력, 온도 및 신경전기자극 등
상대적으로 작은 단방향성 힘으로 표면의 무늬, 거칠기 등의 질감 (Haptic Texture)을 표현합니다.
- 진동 및 질감 인식.
- 압력 및 피부 스트레칭 (파지 된 물체).
- 양 방향성 질감 제시 디바이스 연구가 다수의 연구실에서 진행 중.
Force feedback (또는 Force feedback) Device
근육 감각 (Kinesthesia), 힘줄 및 관절에 관련된 정보를 전달합니다.
물체의 질량, 딱딱한 정도, 형상, 위치 및 움직임 등의 정보.
상대적으로 보다 큰 힘으로 위치 및 움직임의 양방향성 정보를 전달합니다.
- 힘 피드백 (Force / Torque feedback), 움직임 제약 (Motion constraints) 등의 정보.
- 사용자와 햅틱 장비간의 상호작용.
햅틱 인터페이스에서의 바람직한 특성은 다음과 같습니다.
- 좋은 동적 범위 및 대역폭.
- 자유로운 공간은 자유로운 움직임 : 낮은 관성 (Inertia), 낮은 마찰 (Friction), 투명성 (Transparency) 등
- 제약 조건은 엄격히 준수.
Force feedback (또는 Force feedback) Device 메커니즘
Serial Type:
- 넓은 작업영역.
- 기구학적으로 정 위치 해석 및 동역학적 해석이 용이.
Parallel Type:
여러 개의 링크가 병렬로 연결 되여 상대적으로 큰 출력과 안정된 구조.- 관절에서 발생되는 오차의 누적 최소화 및 물리적 관성 최소화.
* 특이점 : 움직이는 자유도 (DOF)가 줄어들어 정상적인 제어가 불가능한 지점.
* 정 위치 해석 : 각 관절의 위치로부터 최종적인 조작 장치의 위치를 계산하는 것.
자유도 (DOF, Degree-Of-Freedom)
Input (또는 Passive) DOF
디바이스가 상하, 좌우, 앞뒤 또는 회전의 움직임을 표현 할 수 있는 동작의 수 (또는 필요한 좌표 축):
- 일반적으로 하나의 수동 자유도 당 하나의 인코더를 사용하기에 기구의 인코더의 수 또는 관절의 수.
PHANTOM 디바이스의 예:
3 자유도 입력 : X, Y, Z의 3 자유도 위치 표현 (Position).- 6 자유도 입력 : 3 자유도 위치 표현 ( X, Y, Z) & 3 자유도 방향 (Roll, Pitch, Yaw) 표현 추가.
Output (또는 Active) DOF
디바이스의 상하, 좌우, 앞뒤 또는 회전 출력의 수로 일반적으로 하나의 출력에 하나의 모터 사용.
PHANTOM 디바이스의 예:
- 3 자유도 출력 : 3개의 모터 사용하여 사용자 손잡이 중심축에 힘 벡터 출력.
- 6 자유도 출력 : 3 자유도 출력 & Stylus 손잡이의 방향성에 회전 운동성 힘인 토크 출력 추가.
Haptic Workspace
햅틱 디바이스의 햅틱 처리기 (HIP)가 움직일 수 있는 공간
햅틱 디바이스에 의해 접촉 (Contact)될 수 있는 물리적 공간.
기구 메커니즘에 따른 최대 작업공간:
- Touch X : 160 mm x 120 mm x 120 mm
- Premium 1.5 : 381 mm x 267 mm x 191 mm
- Premium 3.0 : 838 mm x 584 mm x 406 mm
- Omega.x : ∅ 160 mm x 110 mm
- Delta.x : ∅ 400 mm x 260 mm
Servo 루프 또는 Servo 쓰레드
사람의 사물에 대한 촉감 정보 전달 시간은 보통 0.005초 정도 (200Hz):
- 사람의 피부기계수용체 (Mechanoreceptors)는 약 400Hz까지의 진동을 감지.
- 보다 자연스럽고 정확하게 느끼게 하기 위해 초당 1000번 (1000Hz) 정도의 힘 업데이트 필요.
Servo 루프 또는 Servo 쓰레드
햅틱 디바이스에 보낼 힘을 계산하는데 사용하는 높은 주기의 엄격한 제어 루프:
- 안정적인 햅틱 피드백을 렌더링 하기 위해 일관된 1KHz 또는 그 이상의 속도로 실행.
- 높은 업데이트 속도를 유지하기 위해 Servo 루프는 우선 순위가 높은 별도의 쓰레드에서 실행.
- 멀티 모달 상호작용을 위해 멀티 쓰레드 사용.
Geomagic 햅틱 장비:
- Touch : 500~1600 Hz.
- 다른 PHANTOM : 500~1000 또는 2000 Hz.
Force Dimension 햅틱 장비:
- Omega & Delta : 최대 4 KHz 까지의 재생 빈도 (Refresh rate).
- Sigma.7 : 최대 8.1 KHz 까지의 재생 빈도.
