Haptic manipulation of microspheres using optical tweezers under the guidance of artificial potential fields
Mikrokürelerin yapay potansiyel alanlar yardımı ile optik cımbız kullanılarak haptik manipülasyonu
- Tez No: 182093
- Danışmanlar: Y.DOÇ.DR. ÇAĞATAY BAŞDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Physics and Physics Engineering, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada optik cımbız ve kuvvet geri beslemeli (haptik) robot kolu kullanılaraksuda asılı duran 3-4 µm çapındaki mikroküreler bağlaşımlı optik mikroçınlayıcı(coupled optical microresonator) oluşturmada kullanılabilecek şekiller oluşturulmaküzere manipüle edilmiştir. Bu amaçla biotin kaplanmış mikroküreler lazer ışınıyardımıyla önce hapsedilip daha sonra piezo tabla vasıtası ile hareket ettirilipsabitlenmiş streptavidin kaplı mikrokürelere yapıştırılmıştır. Bütün kürelerinpozisyonları ve çapları kamera ile alınan görüntüler işlenerek hesaplanmıştır vehapsedilen her küre için engel sakınan yol haritası yapay potansiyel alanlar tekniği ilebulunmuştur. Hapsedilen küre üzerine etkiyen sıvının vizkozitesi ve yapay potansiyelalanlara bağlı kuvvetler ölçeklendirilip taşıma sırasında daha iyi kontrol ve yönlendirmeamacı ile kullanıcıya haptik robot kolu vasıtası ile iletilmiştir. Ayrıca sanal kılavuzlarkullanılarak sabit küreye hareketli kürenin bağlanması sırasında gerekli açıyı sağlamayayardım edecek kuvvetlerde yine haptik robot kolu vasıtası ile kullanıcıya iletilmiştir.Önerilen sistem mikrokürelerin kontrollü birleştirilmesi ve hizalanması içinkullanılmıştır. Bu sistem kullanılarak sekiz denek ile sanal ve gerçek ortamlarda iki ayrıdeney yapılmıştır. Bu deneyler sonucunda kuvvet geri beslemenin işi tamamlamazamanı, taşıma sırasındaki çarpışma sayısı, ve pozisyonsal hataları gözle görülür şekildeiyileştirdiği saptanmıştır. Yüksek pozisyonsal hassaslığından dolayı bu sistembağlaşımlı optik mikroçınlayıcı ve bağlaşımlı çınlayıcılı optik dalgakılavuzu (coupledresonator optical waveguide) oluşturmada kullanılabilir. Bildiğimiz kadarı ile bu optikcımbızlamada kuvvet geri beslemenin yararlarını gösteren ilk ve tek deneyselçalışmadır.
Özet (Çeviri)
Using optical tweezers (OT) and a haptic device we have manipulated microsphereshaving diameters of 3-4 µm floating in a fluid solution in order to form different patternsof coupled optical microresonators. For this purpose, biotin-coated microspheres trappedby a laser beam are steered and bound to an immobilized streptavidin-coated anchorsphere using a piezo scanner controlled by a haptic device. The positions of all spheresin the scene are detected using a CCD camera and a collision-free path for each trappedsphere is generated using an artificial potential field. The forces acting on the trappedparticle due to the viscosity of the fluid and the artificial potential field are scaled anddisplayed to the user through the haptic device for better guidance and control duringsteering. A virtual fixture is used to exert forces on the user to guide him/her whilebinding the trapped sphere to the anchor one such that the desired angle of approach andbinding strength are achieved. The proposed system is used to assemble microsphereswith controlled manipulation and accurate alignment. Our experimental studies in virtualand real environments with 8 human subjects show that haptic feedback significantlyimproves the user performance by reducing the task completion time, the number ofundesired collisions during steering, and the positional errors during binding. Due toachieved high positioning accuracy this technique can find use in constructing coupledmicrosphere resonators or coupled resonator optical waveguides. To our knowledge, thisis the first study in the literature demonstrating the benefits of haptic guidance in opticaltrapping and manipulation.
Benzer Tezler
- A space subdivision framework for virtual reality and haptic applications
Sanal gerçeklik ve haptik uygulamalar için sekizli-ağaç tabanlı bölümleme altyapısı
ENGİN DENİZ DİKTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi ÜniversitesiSistem ve Kontrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ALİ VAHİT ŞAHİNER
- Design of a six degrees of freedom haptic device
Altı serbstlik dereceli haptik arabirim tasarımı
ŞAKİR KABADAYI
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KEMALETTİN ERBATUR
PROF. DR. ASİF ŞABANOVİÇ
- Haptic device design
Haptik cihaz tasarımı
ÖZGÜR BAŞER
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
Y.DOÇ.DR. BUĞRA KOKU
Y.DOÇ.DR. İLHAN KONUKSEVEN
- Development of a material cutting model for haptic rendering applications
Haptic uygulamaları için uygulamarı için bir malzeme keske modelinin geliştirilmesi
GÖRKEM ÜNER
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERHAN İLHAN KONUKSEVEN
- Teleoperation of a robot arm using haptic interface
Dokunmalı arayüz kullanarak bir robotun uzaktan kumanda edilmesi
YUSUF MUTLUTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi ÜniversitesiSistem ve Kontrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN TÜRKAY