Bu tezde, viskoelastik yüzeylerin haptik olarak algılanması ve deformasyonu ele
alınmıştır. Haptik temas parmak ile sanal bir yüzey arasında tanımlanmış ve lineer
olmayan gerçekçi (deneysel olarak doğrulanmış) bir model geliştirilerek formüle
edilmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde ilgili literatür ve teknoloji ortaya konulmuş olup
tez çalışmasında kullanılacak olan haptik cihaz ve test ortamı tanıtılmıştır. Özgün
geliştirme çalışmalarından ilki, parametrik yüzeylerin haptik uygulamalara yönelik
diferansiyel kinematiğinin ortaya konmasını ve gerçekçi bir temas ve deformasyon
modelinin tasarımını içermektedir. Bu kapsamda, kısıt tabanlı empedans tipi bir
kontrolör vasıtası ile yüksek eğrilik yarıçaplı içbükey ve dışbükey bölgelere sahip bir
yüzey üzerinde gerçekleştirilen test çalışmaları sunulmuştur. Bu testler, parmak ve
viskoelastik yüzey arasındaki etkileşim için önerilen lineer olmayan (gerçekçi)
algoritmanın oldukça başarılı bir şekilde çalıştığını göstermiştir. Takiben gerçeklik algısı
kalitesinin arttırılması amacıyla yüzey üzerindeki harekete sürtünme etkisi ilave edilmesi
konusuna girilmiştir. Mevcut literatürde var olan sürtünme modelleri arasından haptik
etkileşime uygun olan LuGre formülasyonu çalışmaya adapte edilerek, daha gerçekçi
haptik etkileşim ve algıya ulaşılmıştır. Ardından önerilen algoritmanın ve kontrolörün
daha genel bir karakteristik kazanabilmesi ve her türlü yüzeyle birlikte kullanılabilmesini
sağlamak amacıyla noktalar setinden oluşturulabilen yüzeyler ele alınmıştır. Bu genel
durumda, öncelikle sürtünme dikkate alınmadan meshli bir yüzey ile parmak arasında
tanımlanan lineer olmayan karakterdeki etkileşim için lokal temas ve deformasyon ele
alınmıştır. Son olarak en genel durumun incelenebilmesi için, viskoelastik nesnelerin bir
parmakla etkileşiminden haptik geribildirim oluşturulmasına, sürtünme etkileri de dahil
edilerek özgün bir karaktere sahip olan algoritmanın geniş bir potansiyele ve kapsamlı
uygulama alanlarına sahip olduğu gösterilmiştir.
This thesis is concerned with the haptic perception and deformation of viscoelastic
surfaces. Haptic contact is described between virtual surfaces and a human finger and
formulated by a realistic (experimentally verified) nonlinear model. In the first section,
present literature and technology are presented and the experimental set up together with
the haptic device used in the tests are introduced. The first study in the thesis that contain
original work is in the presentation of surface differential kinematics required for haptic
rendering of parametric surfaces and in designing a realistic contact and deformation
model. By means a constraint based impedance type controller used in this framework,
experiments are conducted on a surface having both concave and convex regions. In these
tests, the proposed nonlinear (realistic) algorithm for the finger and viscoelastic surface
interactions are shown highly successful. In order to enhance the quality of haptic
perception, inclusion of frictional effects along the surface motions is considered. Among
the friction models in literature, LuGre model is adapted to the research and more realistic
and successful results are thereby obtained. At that stage, in providing generalizability
to proposed algorithm and the controller, surfaces developable from a net of point data
are considered. For this comprehensive scenario, nonlinear frictionless interactions
between the meshed surfaces with a finger is studied in terms of local contact and
deformations. In the final stage, frictional effects are also included in illustrating the
comprehensive nature and potential of proposed novel algorithm in haptic rendering of
viscoelastic objects through fingers.