Entwicklung eines unendlich drehbaren hapitschen Eingabegerätes

Kurzfassung

Virtuelle Realität hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Ein Schlüsselbestandteil der virtuellen Realität ist eine umfassende, intuitive Bedienung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine solche Bedienung durch das Einführen einer haptischen Benutzerschnittstelle zu verwirklichen. Diese Schnittstelle muss eine Reihe von Bewegungen und Kraftrückmeldungen ermöglichen. Diese Arbeit zeigt ein neuartiges unendlich drehbares haptisches Eingangsgerät mit Kraftrückmeldung. Die grenzenlose Rotation der Bewegung erlaubt es Anwendungsentwicklern, realistische Befehlseingangsformate zu implementieren. Die durch einen DC Motor realisierte Kraftrückmeldung ermöglicht den Entwurf verschiedener Kraftprofile. Dadurch kann ein weiter Bereich von haptischen Rückmeldungen dargestellt werden. Im Verlauf dieser Arbeit wird ein Prototyp des Rotational Hapitc Input Device (RHI) mit dynamischer, kinästhetischer Kraftrückmeldung mit einem Freiheitsgrad entwickelt. Dieser Prototyp bildet die Basis eines neuen haptischen Eingabegerätes mit drei Freiheitsgraden für virtuelle Realitätsanwendungen. Der Aufbau kann auch als eigenständiges Eingabegerät verwendet werden. Um die Wahrnehmungsschwelle der Kraftrückmeldung zu ermitteln ist eine Befragung mittels Just Noticeable Difference (JND) Test durchgeführt worden. Die Ergebnisse wurden als Referenz für die Entwicklung des RHI verwendet. Die Regelung des haptischen Eingabegerätes wird in MATLAB Simulink mit Echtzeitverbindung durchgeführt. Zusätzlich dazu sind verschiedenen Rückmeldungsprofile implementiert und untersucht worden. Schlussendlich können auf dem Prototyp aufbauend durch weitere Forschung neue Konzepte und Verbesserungen für Benutzerschnittstellen virtueller Realitätsanwendungen durchgeführt werden. Virtual reality has been gaining popularity in a wide variety of applications in recent years. A key component to the usability of a virtual reality input is an immersive, intuitive user experience. The aim of this thesis is to help realize such a user experience by introducing a haptic user interface design with sufficient range of motion and force reflection. This work proposes a novel limitless rotation haptic input device with force-feedback capability. The limitless rotational range of motion allows application developers to freely implement realistic command input formats. The force reflection enabled by a brushless DC motor, in turn, provides the possibility to design different force profiles to reflect a wide range of haptic feedback. A prototype of the rotational haptic input device with dynamic kinesthetic force feedback is developed with one degree of freedom, which forms the basis of a new haptic input device with three degree of freedom for virtual reality applications. The assembly can also be used as a stand-alone device. To help elucidate the user perception threshold of force reflection, a JND user study has been carried out. The results have been used as reference for the haptic input device design. The controller of the haptic input is implemented in MATLAB Simulink in real-time, where different force reflection profiles have been implemented and studied. Finally, it is the aim of this prototype that new concepts and further improvements can be carried out in future research for virtual reality user interface design.