Perception haptique. Bernard BAYLE. Séminaire équipe AVR. mardi 8 juillet Perception haptique p.1/11

Transcription

1 Perception haptique Bernard BAYLE Séminaire équipe AVR mardi 8 juillet 2003 Perception haptique p.1/11

2 Problématique Intérêt du retour d effort dans les tâches robotiques: Perception haptique p.2/11

3 Problématique Intérêt du retour d effort dans les tâches robotiques: Perception haptique p.2/11

4 Problématique Intérêt du retour d effort dans les tâches robotiques: Interaction outil/opérateur Perception haptique p.2/11

5 Problématique Intérêt du retour d effort dans les tâches robotiques: Interaction outil/opérateur entrée : configuration de l interface haptique Perception haptique p.2/11

6 Problématique Intérêt du retour d effort dans les tâches robotiques: Interaction outil/opérateur entrée : configuration de l interface haptique sortie : efforts restitués à l opérateur Perception haptique p.2/11

7 Problématique Intérêt du retour d effort dans les tâches robotiques: Interaction outil/opérateur entrée : configuration de l interface haptique sortie : efforts restitués à l opérateur Qualité de l interaction? Conception de l interface? Conception du système à retour d efforts? Perception haptique p.2/11

8 Problématique Intérêt du retour d effort dans les tâches robotiques: Interaction outil/opérateur entrée : configuration de l interface haptique sortie : efforts restitués à l opérateur Qualité de l interaction? Conception de l interface? Conception du système à retour d efforts? Perception des efforts par l opérateur Perception haptique p.2/11

9 Problématique Intérêt du retour d effort dans les tâches robotiques: Interaction outil/opérateur entrée : configuration de l interface haptique sortie : efforts restitués à l opérateur Qualité de l interaction? Conception de l interface? Conception du système à retour d efforts? Restitution compatible et adaptée à l opérateur Perception haptique p.2/11

10 Problématique Intérêt du retour d effort dans les tâches robotiques: Interaction outil/opérateur entrée : configuration de l interface haptique sortie : efforts restitués à l opérateur Qualité de l interaction? Conception de l interface? Conception du système à retour d efforts? Perception haptique humaine Perception haptique p.2/11

11 Modalités de la perception haptique Perception tactile : mécano-récepteurs de la main (déplacements, variations de pression, température) Perception haptique p.3/11

12 Modalités de la perception haptique Perception tactile : mécano-récepteurs de la main (déplacements, variations de pression, température) (1) corpuscule de Pacini (3) disque de Merkel, un mécano-récepteur du toucher fin (4) corpuscule de Meissner, un mécano-récepteur dynamique Perception haptique p.3/11

13 Modalités de la perception haptique Perception tactile : mécano-récepteurs de la main (déplacements, variations de pression, température) Perception kinesthésique : muscles, ligaments, articulations (déplacements, forces, couples) Perception haptique p.3/11

14 Modalités de la perception haptique Perception tactile : mécano-récepteurs de la main (déplacements, variations de pression, température) Perception kinesthésique : muscles, ligaments, articulations (déplacements, forces, couples) Perception haptique p.3/11

15 Modalités de la perception haptique Perception tactile : mécano-récepteurs de la main (déplacements, variations de pression, température) Perception kinesthésique : muscles, ligaments, articulations (déplacements, forces, couples) Facultés sensorimotrices : muscles (mobilité, interaction perception/action) Perception haptique p.3/11

16 Modalités de la perception haptique Perception tactile : mécano-récepteurs de la main (déplacements, variations de pression, température) Perception kinesthésique : muscles, ligaments, articulations (déplacements, forces, couples) Facultés sensorimotrices : muscles (mobilité, interaction perception/action) Perception haptique p.3/11

17 Modalités de la perception haptique Perception tactile : mécano-récepteurs de la main (déplacements, variations de pression, température) Perception kinesthésique : muscles, ligaments, articulations (déplacements, forces, couples) Facultés sensorimotrices : muscles (mobilité, interaction perception/action) Perception haptique Perception haptique p.3/11

18 Perception haptique : caractérisation Analyse psychophysique : I(S) R=f(I) étude des réponses aux stimuli sans tenir compte d aucun intermédiaire physiologique Perception haptique p.4/11

19 Perception haptique : caractérisation Analyse psychophysique : I(S) R=f(I) étude des réponses aux stimuli sans tenir compte d aucun intermédiaire physiologique Domaines fréquentiels : Perception tactile : Hz : objets mous, 10 khz : objets durs Perception kinesthésique : 1 10 Hz selon nature du stimuli (répétition, réflexe) Facultés sensorimotrices : selon nature du stimulus recherché (frotter, forcer) Perception haptique p.4/11

20 Perception haptique : caractérisation Analyse psychophysique : I(S) R=f(I) étude des réponses aux stimuli sans tenir compte d aucun intermédiaire physiologique Prédominance de l un ou l autre des modes de perception ; exemple : perception de la raideur contact mou : prédominance tactile contact dur : prédominance kinesthésique recours à des techniques de discrimination (anesthésie, aveugles) Perception haptique p.4/11

21 Perception haptique : sensibilité Seuils de perception (JND : Just Noticable Difference) relatifs au stimulus (en % de l intensité du stimulus) Perception haptique p.5/11

22 Perception haptique : sensibilité Seuils de perception (JND : Just Noticable Difference) relatifs au stimulus (en % de l intensité du stimulus) force de contact : 7 % de 2, 5 à 10 N couple : 13 % poids : 10 % raideur: 22 % (mesure biaisée, fonction de la nature du contact, de la technique exploratoire) inertie : % position angulaire des articulations : 0, 8 deg au niveau de l épaule, 2, 5 deg au niveau du doigt longueur entre pouce et index : 10 % pour 10 mm d écartement, 3 % pour 80 mm Perception haptique p.5/11

23 Perception haptique : sensibilité Seuils de perception (JND : Just Noticable Difference) relatifs au stimulus (en % de l intensité du stimulus) Fonctions du mode exploratoire Perception haptique p.5/11

24 Perception haptique : sensibilité Seuils de perception (JND : Just Noticable Difference) relatifs au stimulus (en % de l intensité du stimulus) Fonctions du mode exploratoire Résolution, saturations, bande passante des capteurs biologiques : attentes de l opérateur en terme de perception conséquences sur la conception des interfaces Perception haptique p.5/11

25 Perception haptique : interfaces Interfaces existantes/sensations recherchées perception perceptions perceptions tactile tactile + tactile + kinesthésique kinesthésique exosquelette fixe (body-based) (ground-based) CyberGlove CyberGrasp Phantom (Immersion) (Immersion) (Sensable) Perception haptique p.6/11

26 Perception haptique : interfaces Perception haptique p.6/11

27 Perception haptique : interfaces Perception haptique p.6/11

28 Perception multimodale Perception multimodale = perceptions associées, par exemple haptique et visuelle (et auditive). Perception haptique p.7/11

29 Perception multimodale Perception multimodale = perceptions associées, par exemple haptique et visuelle (et auditive). Enrichissement? Perception haptique p.7/11

30 Perception multimodale Perception multimodale = perceptions associées, par exemple haptique et visuelle (et auditive). Enrichissement? perception isolée plus performante dans les cas du toucher et de l audition hors champ visuel Perception haptique p.7/11

31 Perception multimodale Perception multimodale = perceptions associées, par exemple haptique et visuelle (et auditive). Enrichissement? perception isolée plus performante dans les cas du toucher et de l audition hors champ visuel suprématie de la perception visuelle Perception haptique p.7/11

32 Perception multimodale Perception multimodale = perceptions associées, par exemple haptique et visuelle (et auditive). Enrichissement? perception isolée plus performante dans les cas du toucher et de l audition hors champ visuel suprématie de la perception visuelle perception globale : Perception haptique p.7/11

33 Perception multimodale Perception multimodale = perceptions associées, par exemple haptique et visuelle (et auditive). Enrichissement? perception isolée plus performante dans les cas du toucher et de l audition hors champ visuel suprématie de la perception visuelle perception globale : meilleure si les indices perceptuels sont synchrones (et de forte intensité) ; très perturbée sinon (expérience des boutons) Perception haptique p.7/11

34 Perception multimodale Perception multimodale = perceptions associées, par exemple haptique et visuelle (et auditive). Enrichissement? perception isolée plus performante dans les cas du toucher et de l audition hors champ visuel suprématie de la perception visuelle perception globale : meilleure si les indices perceptuels sont synchrones (et de forte intensité) ; très perturbée sinon (expérience des boutons) ensemble de contraintes perceptuelles au niveau du système nerveux central ; influence de la mémoire Perception haptique p.7/11

35 Illusions haptiques Perception haptique p.8/11

36 Illusions haptiques Illusion verticale-horizontale Perception haptique p.8/11

37 Illusions haptiques Perceptions visuelle et haptique de la longueur faussées Perception haptique p.8/11

38 Illusions haptiques Perceptions visuelle et haptique de la longueur faussées illusion visuelle : champ visuel illusion haptique : cinématique de l opérateur Perception haptique p.8/11

39 Illusions haptiques Perceptions visuelle et haptique de la longueur faussées illusion visuelle : champ visuel illusion haptique : cinématique de l opérateur Perception haptique p.8/11

40 Illusions haptiques Perceptions visuelle et haptique de la longueur faussées illusion visuelle : champ visuel illusion haptique : cinématique de l opérateur Perception non isotrope. Démultiplication? Changement de pose? Perception haptique p.8/11

41 Fabriquer des illusions haptiques Palpation haptique Bosses virtuelles Perception haptique p.9/11

42 Fabriquer des illusions haptiques Palpation haptique Bosses virtuelles Perception haptique de fausses bosses par analogie avec les forces de réaction dues à une bosse Perception haptique p.9/11

43 Premières conclusions Mesure et caractérisation de la procédure que l on veut restituer Définition du cahier des charges fonction des performances attendues Conception centrée sur l opérateur Choix des modalités de l application à retour d effort (préférence pour une application multimodale : retour d effort, retour visuel, réalité virtuelle) Définition de procédures de validation Perception haptique p.10/11

44 References [1] C. Zilles and J. Salisbury. A constraint-based god-object method for haptic display. In IROS 1995, pages , August [2] R. Adams and B. Hannaford. Stable haptic interaction with virtual environments. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 15(3): , [3] M. Srinivasan, G. Beauregard, and D. Brock. The impact of visual information on haptic perception of stiffness in virtual environments. In ASME Dynamic Systems and Control Division, volume 58, pages , [4] J. Biggs and M. Srinivasan. Handbook of Virtual Environments, chapter 5 : Haptic Interfaces. K. Perception haptique p.11/11