Haptic devices offer a unique level of interaction between human users and virtual environments. As such, they have been used extensively in flight simulation, medical robotics, and other areas requiring specialized tactile feedback. A haptic joystick capable of three-degree-of-freedom rotations is currently being developed at the Centre for Intelligent Machines;​ this device is built on top of an existing spherical parallel robot known as the Agile Wrist. The mechanism itself is composed of three identical limbs, each being an open 3R spherical linkage.

Like any human-machine interface device, the Agile Wrist must be calibrated with its host computer in order to function properly. The calibration procedure developed in this project applies the concept of kinematic synthesis to derive the calibration model of the linkage. This model is then used to experimentally determine the machining errors incurred in the manufacturing and assembly of the linkage components. The calibration is based on the decoupling of the rotation and the parasitical translation produced by the Agile Wrist, which greatly simplifies the model formulation and its application. The end results are the calibrated linkage dimensions based on experimental data, which are then compared to their nominal values to obtain the manufacturing and assembly errors. This calibration is needed in order to obtain accurate model of the linkage, with the purpose of ensuring that the elastic torques with which the motors respond correlate with the rotation of the MP carrying the joystick. This is the main motivation for the work reported in this thesis.

To achieve the project objectives, a simple pose-estimation algorithm is introduced. This algorithm incorporates a computer vision system and polar-decomposition filtering to filter the measurement noise in the data-processing. Finally, to demonstrate the haptics capabilities of the device, a haptic controller capable of generating basic spring-like behaviour is implemented and tested

Les dispositifs haptiques offrent un niveau d’interaction unique entre les utilisateurs humains et les environnements virtuels. À l’heure actuelle, ces dispositifs sont largement utilisés dans les simulateurs de vol, les robots médicaux, et dans d’autres domaines spécialisés. Une manette haptique capable de rotation en trois degrés de liberté est en train d’être con¸cu au Centre de Recherches sur les Machines Intelligentes. Cet appareil est construit au-dessus du Poignet Agile, qui est un robot à architecture parallèle. Ce mécanisme est composé de trois pattes identiques, chacune d’elles étant une liaison mécanique sphérique en 3R.

Comme tous les dispositifs d’interface humaine, le Poignet Agile doit être étalonné avec son ordinateur hˆote pour fonctionner correctement. La procédure d’étalonnage con¸cue dans ce projet utilise la notion du synthèse cinématique pour obtenir le modèle d’étalonnage du dispositif. Ce modèle est ensuite utilisé pour calculer les erreurs d’usinage créees durant la fabrication et l’assemblage des pièces du dispositif. L’étalonnage est basé sur le découplage de la rotation et la translation parasitique produit par le Poignet Agile, qui simplifie la formulation et l’application du modèle. Les résultats contiennent des dimensions du dispositif qui sont étalonnées á partir des données expérimentales. Ces dimensions sont ensuite comparées à leurs valeurs nominales pour obtenir les erreurs de fabrication et d’assemblage. L’étalonnage est nécessaire pour obtenir un modèle exacte du mécanisme, qui est essentiel pour lier les torques elastiques produit par les moteurs avec les mouvements du manette. Ceci est la motivation principale de ce projet.

Pour atteindre les objectifs du projet, un algorithme simplifié pour l’estimation de la pose est introduit. Ceci intègre un système de vision et une méthode de filtrage à l’aide de la décomposition polaire pour filtrer le bruit de mesure dans le traitement des données. Enfin, avec le but de démontrer les capacités haptiques du système, un contrˆoleur de retour de force imitant des forces des ressorts est réalisé et testé.