Haptik destekli karma gerçeklik simülasyon ortamı geliştirilmesi
Haptic supported mixed reality simulation environment development
Yazar: MEHMET MURAT AYGÜN
Danışman: DOÇ. DR. YİĞİT TAŞCIOĞLU
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Görsel-dokunsal karma gerçeklik (VHKG), sanal nesneleri gerçek bir sahneye ekler ve kullanıcıların, bir haptik cihaz aracılığı ile sanal nesnelere dokunmasını sağlar. Genel amaçlı haptik cihazlarında sürekli olarak takılı olan kalem benzeri ucun kullanıcı tarafından tutulması gerekmektedir. Bu gereksinim, cihaza gerek duyulmadığında bile, kullanıcıları cihazın mekanik sınırlarıyla sınırlamakta ve simülasyon gerçekçiliğini azaltmaktadır. Bu çalışmada, çözünürlüğü yüksek bir hexapod konumlayıcı ve altı eksenli bir kuvvet / tork dönüştürücüsünden oluşan, Karşılaşılan Tip Haptik Cihazı (KTHC) konseptinde yeni bir VHKG sistemi geliştirilmiştir. 
Ana katkı, kullanıcıların gerçek aletleriyle çalışarak sanal nesnelerle etkileşime girebileceği bir simülasyon ortamı oluşturulmasıdır. KTHC'nın haptik ucu sürekli olarak sanal nesne yüzeyinin tam altında kalarak, kullanıcının tuttuğu aleti yalnızca etkileşim sırasında devreye girmek için takip etmektedir. Haptik ucu ile kullanıcı aleti, sadece sanal nesne ile etkileşim sırasında birleşerek, görsel ve dokunsal geri besleme oluşturmaktadır. Çalışma kapsamında, prototip geliştirilmesi tamamlanmış olup; sistem senkronizasyonu ölçümü, haptik, görsel ve alet takip sistemlerinin doğrulama deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler ile alet ucunun 1 mm'den az hata ile takibinin yapıldığı, haptik kuvvet doğruluğunun ve tekrarlanabilirliğinin 0,2 N'den az olduğu ve sistemin uçtan uca senkronizasyon hatasının ise 0,2 mm'den az olduğu doğrulanmıştır. Objektif olan kullanıcı deneylerinin yanında, sübjektif değerlendirmeler de yapılmıştır. Bu doğrultuda, kullanıcılar anket puanlamaları ile simülasyon gerçekçiliğine dair değerlendirmeler yapmıştır. Elde edilen sübjektif verilerin analizinde, kullanıcıların sistemi gerçekçi bulduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Visuo-Haptic Mixed Reality (VHMR) adds virtual objects to a real scene and creates a perception of force by means of a haptic device, allowing users to see virtual scenes superimposed on the real world. Most studies with kinaesthetic feedback use general-purpose haptic devices, which require the user to continuously hold an attached stylus. This approach constrains users by the mechanical limits of the device, even when it is not needed. It reduces simulation realism, as well. In this study, a new VHMR system has been developed in the concept of an encountered-type haptic device (ETHD), consisting of a precision hexapod positioner and a six-axis force / torque transducer. 
The main contribution is that the creation of a simulation environment where users can interact with virtual objects by working with unbound real-life tools. The haptic end-effector of the ETHD constantly stays right under the surface of the virtual object, following the user-held tool to engage only during an interaction. The haptic tip and the unbound real-life tool merge during interaction, creating a visual and force perception. The combination of the haptic tip and the user tool merely combines during interaction with the virtual object, creating visual and tactile feedback. Within the scope of the study, prototype development was completed, and verification tests of system synchronization measurement, haptic, visual and instrument tracking systems were performed. Simulation system prototype is development and verification experiments have been evaluated. Verification and user tests of system synchronization, haptic, visual and tool tracking systems have been performed. With these experiments, it was confirmed that the tool tip was followed with an error of less than 1 mm, the haptic force accuracy and repeatability was less than 0.2 N, and the end-to-end synchronization error of the system was less than 0.2 mm. Beside the objective user experiments, subjective evaluations were also made. In this direction, users made evaluations on the survey about scoring and simulation realism. In the analysis of the subjective data obtained, it was concluded that the users found the system realistic.