MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017359202
■00520260202104849
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798288816499
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32200936
■035    ▼a(MiAaPQ)Stanforddb723fn3556
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a600
■1001  ▼aPalmer,  Jasmin  E.
■24510▼aAssessment  of  Relocated  Haptic  Feedback  in  Virtual  Environments
■260    ▼a[Sl]▼bStanford  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a124  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Okamura,  Allison.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Stanford  University,  2025.
■520    ▼aRelocation  of  haptic  feedback  from  the  fingertips  to  the  wrist  enables  haptic  interaction  with  virtual  environments  while  leaving  the  fingers  free  for  dexterous  manipulation  tasks.  Human  tactile  perception  is  correlated  with  mechanoreceptor  density  in  the  skin  and  is  therefore  greater  in  the  glabrous  skin  of  the  fingertips  than  elsewhere  on  the  body,  making  the  fingertips  ideal  for  tactile  interactions.  However,  haptic  devices  designed  for  enabling  tactile  interaction  in  virtual  environments  are  often  bulky  and  cumbersome,  limiting  the  ability  to  perform  fine  motor  tasks,  such  as  dexterous  manipulation,  or  directly  manipulating  physical  objects.  Devices  mounted  on  the  fingertips  also  hinder  finger  tracking  during  interaction  with  virtual  or  augmented  reality  environments  by  occluding  optical  trackers  or  occupying  space  for  electromagnetic  tracking  elements.  First,  we  developed  a  pair  of  wrist-worn  tactile  haptic  devices  and  a  virtual  environment  to  study  how  various  mappings  between  fingers  and  tactors  affect  task  performance.  The  haptic  feedback  rendered  to  the  wrist  reflects  the  interaction  forces  occurring  between  a  virtual  object  and  virtual  avatars  controlled  by  the  index  finger  and  thumb.  We  performed  a  user  study  comparing  four  different  finger-to-tactor  haptic  feedback  mappings  and  one  no-haptic-feedback  condition  as  a  control.  We  evaluated  users'  ability  to  perform  a  simple  pick-and-place  task  via  the  metrics  of  task  completion  time,  path  length  of  the  fingers  and  virtual  cube,  and  magnitudes  of  normal  and  shear  forces  at  the  fingertips.  We  found  that  multiple  mappings  were  effective,  and  there  was  a  greater  impact  when  visual  cues  were  limited.  Next,  we  enabled  relocation  of  finger  interaction  forces  in  a  virtual  environment  is  using  soft,  3D-printed,  pneumatic  wrist-worn  haptic  devices  called  haptic  voxels,  or  Hoxels,  a  soft,  3D-printed,  pneumatically  actuated  wrist-worn  haptic  device  that  can  apply  skin  deformation  in  up  to  3-DoF.  Hoxels  can  display  up  to  20  N  of  force  normal  to  the  skin.  Due  to  off-board  pumps  and  flexible  pneumatic  transmission  lines,  the  worn  mass  of  a  pair  of  Hoxels  is  only  75  grams.  Using  the  Hoxels,  we  performed  a  user  study  in  which  participants  grasped  and  moved  a  cube  in  a  virtual  environment,  with  virtual  interaction  forces  displayed  to  the  wrist.  We  showed  that  dual-tactor  and  single-tactor  relocated  haptic  feedback  reduced  grasp  forces  compared  to  no  haptic  feedback.  This  lays  the  foundation  for  multi-degree-of-freedom  (DoF)  feedback  to  the  wrist,  leaving  the  fingers  unencumbered  for  mixed  reality  applications.  Next,  we  performed  a  post-hoc  blocked  force  characterization  for  the  Hoxel  and  blocked  force-torque  characterization  for  the  FingerPrint,  a  soft,  3D-printed,  pneumatically  actuated  finger-worn  haptic  device  that  can  apply  skin  deformation  in  up  to  4-DoF.  Our  aim  was  to  give  physical  significance  to  the  duty  cycle  input  used  during  the  psychophysical  study.  Despite  the  intention  to  output  unidirectional  shear  force  and  torque,  we  measured  non-negligible  off-axis  components.  We  show  the  resulting  3-DoF  vectors,  which  includes  necessary  normal  forces,  for  each  force  or  torque  command.  Finally,  we  conducted  three  parallel  method  of  constant  stimuli  psychophysical  studies  to  find  the  just  noticeable  difference  of  stimuli  produced  by  soft  pneumatically  actuated  devices  at  the  index  finger,  thumb,  and  wrist.  Additionally,  we  sought  to  quantify  the  difference  along  the  phalanges  of  the  fingers,  the  dorsal  and  ventral  sides  of  the  wrist,  and  between  the  multiple  locations  of  the  fingers  and  wrist.  We  discuss  the  measured  force  and  torque  range  and  accuracy  from  the  characterization  experiment  and  the  measured  just  noticeable  differences  and  Weber  Fractions  for  the  psychophysical  studies.  We  also  discuss  the  limitations  of  these  studies  and  what  insights  in  can  be  gathered  and  applied  for  designing  soft  wearable  haptic  devices  and  rendering  schemes.  This  dissertation  focuses  on  the  design,  perception,  and  effectiveness  of  wrist-based  feedback  for  haptic  interactions  with  virtual  environments.  We  demonstrate  that  relocated  feedback  from  the  fingertips  to  the  wrist  can  be  effective  at  helping  users  modulate  interaction  forces  applied  to  virtual  objects  during  dexterous  manipulation  tasks.  We  also  demonstrate  that  there  is  a  quantifiable  difference  in  the  multi-DoF  stimuli  produced  by  soft  wearable  devices.  This  lays  the  groundwork  for  designing  next-generation  virtual  environments  augmented  with  relocated  haptic  feedback.
■590    ▼aSchool  code:  0212.
■650  4▼aMechanical  properties
■650  4▼aWrist
■650  4▼aRelocation
■650  4▼aQuantitative  psychology
■650  4▼aNervous  system
■650  4▼aDeformation
■650  4▼aRealism
■650  4▼aEducation
■650  4▼aFingers  &  toes
■650  4▼aRobotics
■650  4▼aMechanical  engineering
■653    ▼aVirtual  environments
■653    ▼aDegree-of-freedom
■653    ▼aHuman  tactile  perception
■690    ▼a0771
■690    ▼a0632
■690    ▼a0515
■690    ▼a0548
■71020▼aStanford  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-02B.
■790    ▼a0212
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359202▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books