Dissertation: a work Piece bases Approach for Programming Cooperating Industrial Robots

Figure 6.8: HMI abstraction layer
Consequently, defining an object of this class automatically generates the input
/output
ports for it in the signal matrix. Characteristics for each device are also available in a
separate dockable window, from which the user could configure the device accordingly.
96

---

6.5 Device integration
For instance the scaling factor of the position signal emitted from a positioning device
or parameters of the emitted signal of the force feedback from a haptic device can be
directly configured. Two major issues have to be addressed when HMI and especially
those including haptic devices are developed; workspace scaling and DOF mapping (Radi
et al
. 2010).
6.5.1.1 Workspace scaling
Due to the restricted mechanical structure of HMI, their e
ffective workspace is usually
smaller than that of the manipulators they control (Conti & Khatib 2005). This imposes
certain geometrical constraints during operation rendering the deployment of HMI useless
without adequate workspace scaling techniques. This issue has been extensively studied in
the literature and especially in the scope of telepresence applications for both downscaling
and upscaling and even mobile manipulation (Z¨ah et al. 2006)(Schauss et al. 2009).
The two most common scaling techniques are implemented in the software environment
(Malett et al. 2004)(Conti & Khatib 2005)(Reinhart et al. 2010a):
Position navigation
In this arrangement the position signal emitted from the HMI x
HMI
is
interpreted as a scaled position signal x
output
, where the scaling factor K
p
is a run-time variable.
x
output
= K
p
.x
HMI
(6.1)
During operation the user presses a button. When the end of the HMI’s
workspace is reached, the user releases the button and moves the device
back to its initial position. Subsequently the button is pressed again
and the movement can ensue. This method is similar to the scrolling
movement of a computer mouse and is termed indexing. Hereby, the
index of the device is continuously altered to correspond to the current
manipulator position.
Velocity navigation
In this arrangement the position signal emitted from the HMI is inter-
preted as a scaled velocity signal ˙x
output
, where the scaling factor K
v
is
also a run-time variable.
˙x
output
= K
v
.x
HMI
(6.2)
The device in this case behaves like a gas pedal; the more the user steers
the device in one direction the quicker the manipulator moves in that
direction. Hence, the workspace of the device becomes theoretically infi-
nite. However this method requires calibration to prevent the manipulator
from drifting at small values.
97

---

6 Software Environment
Both methods are implemented for each device, making it possible to change the scaling
factor and the method of choice in run-time. It has to be mentioned that in the case of a
haptic device, scaling is not only limited to the workspace but also to the forces conveyed
back to the user. This could in many cases lead to instability issues especially if the time
delay in the total control loop is significant (Golle et al. 2003). However, the framework
provides the capability of integrating model-based feedback methods or prediction based
methods to overcome those issues (Clarke et al. 2006)(Schillhuber & Ulbrich 2008).
6.5.1.2 Degree of freedom mapping
It is not uncommon to use an HMI device with a certain mechanical structure and hence
certain DOF to control an object or a manipulator with di
fferent DOF. Hence the DOF
of an HMI
Λ