Zerotraining: Extending zero gravity objects simulation in virtual reality using robotics as an encountered-type haptic feedback system

Abstract

Deze scriptie presenteert ons onderzoek gericht op het verbeteren van astronautentraining door het simuleren van objecten in een gewichtloze omgeving met behulp van virtual reality (VR) en robotica. In samenwerking met de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) hebben we een proof of concept ontwikkeld voor een systeem genaamd ZeroTraining, waarin twee belangrijke subsystemen zijn geïntegreerd: ZeroPGT en ZeroArm.

ZeroPGT is een VR-toepassing die buitenboordactiviteiten (EVAs) in een gewichtloze omgeving simuleert, waarbij met name gebruik wordt gemaakt van gereedschappen zoals de Pistol Grip Tool (PGT). ZeroArm, ons haptische feedbacksysteem, zorgt ervoor dat een robotarm wordt uitgelijnd met virtuele objecten in de VR-omgeving, waardoor gebruikers realistische sensaties ervaren bij het hanteren van gereedschappen in een gewichtloze omgeving. Deze subsystemen communiceren naadloos binnen ZeroTraining, waardoor gebruikers kunnen omgaan met gereedschappen alsof ze zich in de ruimte bevinden, wat de realiteit van de simulatie aanzienlijk versterkt.

We hebben uitdagingen aangepakt, zoals het ontwikkelen van een aangepast invers kinematica-algoritme met behulp van Forward and Backward Reaching Inverse Kinematics (FABRIK), het waarborgen van de communicatie tussen de VR-headset en de robotarm, en het verbeteren van de hardware van de robotarm. Een gebruikersonderzoek met 10 deelnemers valideerde de haalbaarheid van het systeem en benadrukte het potentieel, ondanks de huidige beperkingen.