Sprzęgi siłowe (dotykowe)
Komunikacja człowiek-komputer
Nowy wymiar interakcji
Nowy wymiar interakcji
xxxx??
vvvv!!!
Interakcje siłowe
Sprzęg (interfejs)
siła
Symulacja
otoczenia
Człowiek MANIPULATOR
w czasie
rzeczywistym
prędkość
Informacje z sensorów.
Sygnały sterujące momentem/siłą.
Zobrazowanie graficzne
Komunikacja audio
Interakcje siłowe - praca zdalna
Człowiek Pole robocze
siła siła
prędkość prędkość
Komputer
ROBOT
sensory sensory
ROBOT
główny
wykonawczy
(manipulator)
moment moment
HCI  human computer interaction
HCI jest gałęzią nauki zwanej kognitywistyką.
HCI jest dyscyplinÄ… naukowÄ… zajmujÄ…cÄ… siÄ™ projektowaniem,
rozwijaniem i implementacją interaktywnych systemów kompu-
terowych przeznaczonych dla człowieka, uwzględniającą jego
potrzeby i otoczenie w którym żyje.
HCI zajmuje siÄ™:
- wspólną realizacją zadań przez człowieka i maszynę.
- strukturą komunikacji człowiek-komputer
- zdolnościami człowieka do używania maszyny
- algorytmami i programowaniem interfejsów
- inżynierią projektowania i budowania interfejsów
- procesami specyfikacji, projektowania i implementacji
interfejsów
Human-Centered Product Development
Jest to podejście do procesu wytwarzania produktu przyjmujące za
punkt wyjścia użytkownika i jego potrzeby a nie technologie.
Występują tu następujące etapy:
POZYSKANIE DANYCH (wywiad z użytkownikiem)
INTERPRETACJA DANYCH (pozyskanie wiedzy)
BUDOWA MODELU UŻYTKOWNIKA
BUDOWA PROTOTYPU URZ
DZENIA
TESTOWANIE (praca użytkownika z prototypem)
POPRAWIANIE (uwzględnienie uwag użytkownika)
HCI  human computer interaction
Podstawowe zasady i założenia
Błędem jest zmuszanie ludzi, aby dostosowali się do maszyn.
To technologię trzeba tak dopracować by móc budować najbardziej
przyjazne i łatwe w obsłudze interfejsy.
Proces wytwarzania produktu musi za punkt wyjścia wybierać
użytkowników i ich potrzeby a nie technologię.
Zmysły Ilość receptorów
Wzrok 250.000.000
Badania dowodzą, że ok. 90%
Węch 40.000.000
informacji człowiek uzyskuje
Dotyk 2.500.000
za pomocÄ… wzroku.
Smak 1.000.000
SÅ‚uch 25.000
HCI  human computer interaction
Sprzęg dotykowy powinien mieć podobne cechy jak każdy interface:
Poprawny funkcjonalnie - pozwala wykonać określone zadania
użytkownikowi.
Wydajny  realizacja każdego zadania wymaga jak najmniejszej
ilości wykonanych czynności oraz czasu.
Należy dążyć do ograniczenia liczby opcji, a co za tym idzie:
liczby wyborów, których musi dokonać użytkownik.
A
atwy do nauki  użyteczny interfejs wymaga mało czasu aby
nauczyć się wykonywać dane zadanie i zapamiętać procedurę jego
wykonania.
HCI  human computer interaction
Sprzęg dotykowy powinien mieć podobne cechy jak każdy interface:
Tolerancyjny na błędy  powinien przewidywać jak najwięcej
możliwych do wystąpienia błędów.
Błędy krytyczne dla systemu powinny być wyeliminowane.
Odporny na warunki ekstremalne  musi być użyteczny nie tylko
w idealnych warunkach (oświetlenie, umiejętności użytkownika).
Przewidywalny  powinien dawać poczucie sprawowania pełnej
kontroli nad całym systemem.
Estetycznie wykonany.
HCI  human computer interaction
Dodatkowo sprzęg dotykowy powinien::
Reagować w czasie rzeczywistym.
Sprzężenie zwrotne musi być natychmiastowe.
Być czuły na naturalne zachowania użytkownika.
(dotykanie, ściskanie, uderzenie, przesunięcie, prędkość...)
Dawać naturalne oddziaływanie zwrotne.
(opór, ucisk, temperatura, przesunięcie, prędkość...)
HCI  human computer interaction
Aktywny obszar
pulpitu
Elementy manipulatorów
Komunikacja człowiek-komputer
Programowany manipulator obrotowy (IMMERSION)
Zatrzaski
- definicja położenia  zatrzasków
- określenie siły blokującej pokrętło w danym położeniu
Programowany manipulator obrotowy (IMMERSION)
Ograniczenie (ściana)
- definicja lokalizacji ograniczników ruchu
Programowany manipulator obrotowy (IMMERSION)
Równowaga chwiejna (pagórek)
- definicja początku i końca pagórka
- określenie siły przywracającej do równowagi trwałej
- określenie prędkości powrotu do równowagi trwałej
Programowany manipulator obrotowy (IMMERSION)
Zatrzaski z ograniczeniem ruchu
- definicja położenia  zatrzasków
- określenie sił blokujących pokrętło w danym położeniu
- definicja lokalizacji ograniczników ruchu
Programowany manipulator obrotowy (IMMERSION)
Sprężyna powrotna
- definicja parametrów sprężyny (średnica, skok, stała sprężyny..)
- określenie lokalizacji ogranicznika ruchu (ściśnięta sprężyna)
Programowany manipulator obrotowy (IMMERSION)
Tłumik pneumatyczny/hydrauliczny (siła oporu zależna
od prędkości ruchu pokrętła)
- określenie wielkości szczeliny w cylindrze
- zmiana wymiarów układu cylinder-tłok
Programowany manipulator obrotowy (IMMERSION)
Stały opór (wielkość siły niezależna od położenia)
- definicja wartości siły (tarcie)
Programowany manipulator obrotowy (IMMERSION)
Wibracje
- definicja stref wibracji
- wybór typu wibracji
- określenie parametrów: amplituda, częstotliwość
Elementy wykonawcze
pokrętło
Układy
Sygnały sterujące
elektro-mechaniczne
wykonawcze (+ pomiarowe)
Sygnały pomiarowe
Siła,
moment,
zasilanie
obroty,
oÅ›
kÄ…t,
kierunek...
Elementy wykonawcze
Elementy wykonawcze
Elementy wykonawcze
Elementy wykonawcze
Elementy wykonawcze
Elementy wykonawcze
Elementy wykonawcze
- silnik elektryczny (przekładnia)
-hamulec elektromagnetyczny
Silniki krokowe
Silniki
rotacyjne
Silnik krokowy - silnik elektryczny
zasilany (sterowany) impilsowo.
Jego wirnik wykonuje po każdym
Silniki
impulsie ruch obrotowy o ściśle
liniowe
ustalony kÄ…t.
Kąt obrotu wirnika zależy
od liczby dostarczonych impulsów prądowych.
Prędkość kątowa wirnika jest dokładnie równa:
czÄ™stotliwość impulsów × kÄ…t obrotu wirnika w jednym cyklu pracy
Silniki krokowe
Zasada działania
Silniki krokowe
Zasada działania
Silniki krokowe
Zasada działania
Silniki krokowe
Zasada działania
Silniki krokowe
Zasada działania
Silniki krokowe
Zalety silników krokowych
- jeżeli jest zasilany, to w stanie spoczynku pracuje z pełnym
momentem obrotowym,
- precyzyjne pozycjonowanie,
- powtarzalność ruchu,
- szybki rozbieg, hamowanie i zmiany kierunku ruchu,
- szeroki zakres prędkości,
- duża niezawodność.
- możliwość sterowania w pętli otwartej (brak sprzężenia
zwrotnego),
Silniki krokowe
Silnik krokowy w otwartej pętli sterowania
Silnik
OBIEKT Czujnik
klasyczny
y
x
x-y
x
y
Silnik
OBIEKT
krokowy
Hamulec elektromagnetyczny
Problem gwałtownego zatrzymania (uderzenie w ścianę)
WykorzystujÄ…c hamulec...
Na zewnÄ…trz WewnÄ…trz
ściany ściany
x < 0 x > 0
masa
duże
tarcie
0
Problem gwałtownego zatrzymania (uderzenie w ścianę)
WykorzystujÄ…c silnik elektryczny...
Na zewnÄ…trz WewnÄ…trz
ściany ściany
x < 0 x > 0
0
Problem gwałtownego zatrzymania (uderzenie w ścianę)
WykorzystujÄ…c silnik elektryczny i hamulec magnetyczny...
Na zewnÄ…trz WewnÄ…trz
ściany ściany
x < 0 x > 0
masa
0
Czujniki obrotów
pokrętło
Układy
elektro-mechaniczne
wykonawcze
czujnik
obrotów
oÅ›
Czujniki obrotów
pokrętło
Układy
elektro-mechaniczne
N S
wykonawcze
prÄ…dnica
czujnik
tachometryczna
obrotów
U U
oÅ›
obroty
Czujniki obrotów
pokrętło
z
ródło światła
Układy
elektro-mechaniczne
wykonawcze
fotoelement
czujnik
obrotów
Licznik impulsów
oÅ›
prędkość obrotowa
kierunek, położenie (zliczana pozycja)
Sprzęgi dotykowe - projekt
Komunikacja człowiek-komputer
Idea zastosowania
Koncepcja budowy
Forma???
Wyłącznik
Element pasywny/aktywny???
Rodzaj komunikacji???
Klocek - sześcian 5x5 cm.
Aktywny z własnym zasilaniem.
Nadajnik/odbiornik podczerwieni
Komunikacja w podczerwieni.
Koncepcja budowy
Koncepcja budowy
Obudowa (skóra)
Klocek
Koncepcja budowy
Pulpit - obszar podzielony na pola 5x5 cm (małe zaglębienia).
Każde pole w centrum posiada układ komunikacji podczerwieni.
styki
kodowe
wymienna nakładka pulpitu
Koncepcja budowy
Poprawne ustawienie kostki na polu - podświetlenie pola.
Błędne ustawienie - sygnał dz
więkowy/wibracje klocka.
Reakcje klocka lub pola
nie wymagają bezpośredniego
ustawienia klocka na pulpicie...
Realizacja
Realizacja
M
u
l
t
i
p
l
e
x
e
r
 Komunikacja człowiek-komputer