Improving transparency in passive teleoperation by combining cutaneous and kinesthetic force feedback

Abstract

Abstract-A novel idea for improving transparency of teleoperation systems with force feedback is presented. This approach is based on the idea of sensory subtraction presented in [12], and consists of providing the operator with independently controlled kinesthetic and cutaneous feedback to improve the realism of haptic rendering of the remote environment (i.e., transparency), while preserving stability. More specifically, cutaneous force feedback is employed to recover transparency when a lack of kinesthetic feedback has to be enforced to keep the teleoperation loop stable. The viability of this approach is demonstrated with two experiments of teleoperated needle insertion. Results showed improved performance with respect to common control techniques not employing the proposed cutaneous compensation.

Effects of Kinesthetic and Cutaneous Stimulation During the Learning of a Viscous Force Field

“…On the other hand, using a cutaneous device together with a grounded haptic interface allows one to independently control how much kinesthetic and cutaneous stimulation is provided to the user [13]. The authors of [23], for example, exploited this idea to design a stability controller which enhanced transparency of passive teleoperation systems with force reflection. A similar approach was used in [24] to enhance the transparency of a seven-DoF robotic teleoperation system.…”

INTERFACES HÁPTICAS: SISTEMAS CINESTÉSICOS Vs. SISTEMAS TÁCTILES

“…Al combinar una IH cinestésica y una táctil aumenta la fidelidad en la interacción con el sistema virtual/remoto y mejora la percepción de realismo en el usuario, lo que potencialmente incrementa el nivel de inmersión virtual/remota (García-Hernández et al, 2014) que se evidencia también en la disminución del error de orientación en tareas de palpación (Unige et al, 2008). La materialización de este hecho se ha realizado con facilidad con la combinación entre una interfaz cinestésica comercial y una interfaz táctil desarrollada para el dedo, con lo que han logrado resultados satisfactorios Sarakoglou et al, 2012;Pacchierotti et al, 2013). Existe otro tipo de combinación en donde por medios táctiles se logran efectos cinestésicos simulados y sin enlaces o referencia de suelo, por medio de la combinación de impulsos de fuerza-torque que aplicados en la piel de la mano, dan la sensación de manipulación de objetos (Kamuro et al, 2011;Amemiya et al, 2010).…”

“…El otro caso particular para una IH táctil es la de combinarse con una IH cinestésica cuyo efector final se sitúa en un punto, para convertirla en una IH táctil multipunto ; el mismo principio se ha aplicado en combinación con una o dos interfaces cinestésicas comerciales enfocado a mejorar la estabilidad en un ambiente de teleoperación (Sarakoglou et al, 2012;Pacchierotti et al, 2013). Se han dado casos particulares de aplicación de una IH táctil.…”

“…El método consiste en acoplar un manipulador tipo mango no actuado que soporta la mano y un actuador táctil en los dedos. El mango permite trazar la posición de la mano, mientras que el actuador táctil simula la fuerza de contacto entre la mano y el manipulador por la aplicación de una fuerza normal en la yema de los dedos; la base de esto es que el dispositivo táctil realimenta la fuerza en igual intensidad y forma sobre el área de contacto, como lo haría un mango activo (Pacchierotti et al, 2013;.…”

Sensory Subtraction in Robot-Assisted Surgery: Fingertip Skin Deformation Feedback to Ensure Safety and Improve Transparency in Bimanual Haptic Interaction

“…In this respect, passivity [22] has been exploited as the main tool for providing a sufficient condition for stable teleoperation in several controller design approaches, such as time domain passivity control [23], energy bounding algorithm [24], and passive set position modulation [25]. However, control techniques guarantee the stability of the system at the price of a temporary loss of transparency, which could lead to degraded performance [26]. Moreover, in cases of serious failures of the actuators, the teleoperation loop can experience problems that cannot be managed by control and can lead to an abrupt change in the behavior of the remote robot [7].…”