title: A lightweight haptic glove for enriched tactile feedback, including normal indentation, lateral skin stretch, and precise softness and hardness kinesthetic rendering in 3D interactive applications

title: Ένα ελαφρύ γάντι αφής για εμπλουτισμένη απτική ανάδραση, που περιλαμβάνει φυσική πίεση, πλευρική επιμήκυνση του δέρματος και ακριβής κιναισθητική αναπαράσταση ελαστικότητας και σκληρότητας σε τρισδιάστατες διαδραστικές εφαρμογές
Creators: name: Ρουμελιωτης Μιχαηλ
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Current haptic devices typically rely solely on vibrations to provide tactile feedback, which addresses just one aspect of cutaneous sensation. Moreover, existing devices for kinesthetic feedback often involve bulky and cumbersome exoskeletons that limit users' mobility. This thesis introduces an innovative haptic glove that is lightweight, flexible, and easy to wear. It offers realistic tactile feedback by incorporating normal indentation, lateral skin stretch, and vibrations, along with high-fidelity kinesthetic feedback through strings manipulated by servo motors.
Unlike current systems, this haptic glove is cost-effective, using small vibration motors embedded in the fingertips to deliver tactile feedback. Additionally, it generates normal indentation and shear forces by employing moving platforms to apply pressure to the skin. The kinesthetic feedback is achieved through small strings attached to servo motors placed on the glove, simulating both soft and hard virtual object manipulation. Controlled by a compact microcontroller, the glove receives input from a computer, which sends commands to the motors and actuators.
To evaluate these features, three 3D interactive applications were created using the Unity game engine, where the users performed different tasks and were able to interact and feel various haptic cues. These interactive applications that have been developed can be seamlessly adapted into a 3D or gaming application for Virtual Reality (VR) or Augmented Reality (AR) headsets, as well as for mobile platforms, with minimal software adjustments required.
Study results suggest that users can better perceive directional information and surface geometry when fingertip vibration is incorporated. Furthermore, users excel in distinguishing softness levels when the differences in softness are distinct.
description: Οι σημερινές απτικές συσκευές βασίζονται συνήθως αποκλειστικά σε δονήσεις για την παροχή απτικής ανάδρασης, η οποία αφορά μόνο μια πτυχή της δερματικής αίσθησης. Επιπλέον, οι υπάρχουσες συσκευές για κιναισθητική ανάδραση συχνά περιλαμβάνουν ογκώδεις και δυσκίνητους εξωσκελετούς που περιορίζουν την κινητικότητα των χρηστών. Η παρούσα εργασία παρουσιάζει ένα καινοτόμο απτικό γάντι που είναι ελαφρύ, εύκαμπτο και εύκολο στη χρήση. Προσφέρει ρεαλιστική απτική ανάδραση ενσωματώνοντας φυσική πίεση, πλευρική επιμήκυνση του δέρματος και δονήσεις, μαζί με υψηλής πιστότητας κιναισθητική ανάδραση μέσω σκοινιών που χειρίζονται οι σερβοκινητήρες.
Σε αντίθεση με τα τρέχοντα συστήματα, αυτό το απτικό γάντι είναι οικονομικά αποδοτικό, χρησιμοποιώντας μικρούς κινητήρες δόνησης ενσωματωμένους στις άκρες των δακτύλων για την παροχή απτικής ανάδρασης. Επιπλέον, παράγει φυσική πίεση και πλευρικές δυνάμεις χρησιμοποιώντας κινούμενες πλατφόρμες για την άσκηση πίεσης στο δέρμα. Η κιναισθητική ανάδραση επιτυγχάνεται μέσω μικρών σκοινιών που συνδέονται με σερβοκινητήρες που είναι τοποθετημένοι στο γάντι, προσομοιώνοντας τόσο τον χειρισμό ελαστικών όσο και σκληρών εικονικών αντικειμένων. Ελεγχόμενο από έναν συμπαγή μικροελεγκτή, το γάντι λαμβάνει δεδομένα από έναν υπολογιστή, ο οποίος στέλνει εντολές στους κινητήρες.
Για την αξιολόγηση αυτών των χαρακτηριστικών, δημιουργήθηκαν τρεις τρισδιάστατες διαδραστικές εφαρμογές με τη χρήση της μηχανής παιχνιδιών Unity, όπου οι χρήστες εκτελούσαν διαφορετικές εργασίες και μπορούσαν να αλληλοεπιδρούν και να αισθάνονται διάφορες απτικά σήματα. Αυτές οι διαδραστικές εφαρμογές που αναπτύχθηκαν μπορούν να προσαρμοστούν απρόσκοπτα σε μια τρισδιάστατη εφαρμογή ή εφαρμογή παιχνιδιού για συσκευές εικονικής πραγματικότητας (VR) ή επαυξημένης πραγματικότητας (AR), καθώς και για κινητές πλατφόρμες, με τις ελάχιστες προσαρμογές λογισμικού που απαιτούνται.
Τα αποτελέσματα της μελέτης υποδηλώνουν ότι οι χρήστες μπορούν να αντιληφθούν καλύτερα τις πληροφορίες κατεύθυνσης και τη γεωμετρία της επιφάνειας όταν ενσωματώνεται η δόνηση στα ακροδάκτυλα. Επιπλέον, οι χρήστες διαπρέπουν στη διάκριση των επιπέδων ελαστικότητας όταν οι διαφορές στην ελαστικότητα είναι ευδιάκριτες.