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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/278631917 Contribution to the Design and Implementation of Portable Tactile Displays for the Visually Impaired Article · June 2006 CITATIONS 3 READS 850 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Dynamic Balancing of Spatial Mechanisms View project Design of a visible spectrum intelligent gaze tracker for upper limb motor impaired people View project Ramiro Velázquez Universidad Panamericana 175 PUBLICATIONS 1,366 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Ramiro Velázquez on 24 November 2015. The user has requested enhancement of the downloaded file. Contribution to the Design and Implementation of Portable Tactile Displays for the Visually Impaired Ramiro Velazquez To cite this version: Ramiro Velazquez. Contribution to the Design and Implementation of Portable Tactile Displays for the Visually Impaired. Automatic. Universit´ e Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. English. <tel-00085703> HAL Id: tel-00085703 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00085703 Submitted on 13 Jul 2006 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. THESE de DOCTORAT de l’UNIVERSITE PARIS 6 - Pierre et Marie Curie - Sp´ ecialit´ e MECANIQUE - ROBOTIQUE pr´ esent´ ee par Ramiro VELAZQUEZ pour obtenir le titre de DOCTEUR de l’UNIVERSITE PARIS 6 Sujet de la th` ese : Contribution ` a la Conception et ` a la R´ ealisation d’Interfaces Tactiles Portables pour les D´ eﬁcients Visuels Soutenue le 28 Juin 2006 devant le jury compos´ e de : N. CHAILLET Professeur ` a l’Universit´ e de Franche-Comt´ e Rapporteur B. SEMAIL Professeur ` a l’Universit´ e de Lille I Rapporteur J.C. GUINOT Professeur ` a l’Universit´ e de Paris VI Co-directeur de th` ese E. PISSALOUX Professeur ` a l’Universit´ e de Rouen Co-directrice de th` ese M. SIEGEL Professeur ` a l’Universit´ e Carnegie Mellon Examinateur V. PERDEREAU Professeur ` a l’Universit´ e de Paris VI Examinateur M. HAFEZ Ing´ enieur de Recherche au CEA/LIST Examinateur F. VIDAL Professeur ` a l’Universit´ e de Malaga Examinateur J. SZEWCZYK Maˆ ıtre de Conf´ erences ` a l’Universit´ e de Versailles Examinateur Remerciements Ce travail de th` ese a ´ et´ e r´ ealis´ e au sein du Laboratoire de Robotique de Paris (LRP) de l’Universit´ e Paris 6 en collaboration avec le Commissariat ` a l’Energie Atomique (CEA, Fontenay aux Roses) dans le cadre d’une bourse franco-mexicaine SFERE-CONACYT. Je tiens tout d’abord ` a remercier M. Jean-Claude Guinot pour m’avoir accueilli dans l’´ ecole doctorale de Sciences M´ ecaniques de Paris 6, ainsi que M. Philippe Bidaud pour m’avoir donn´ e l’opportunit´ e de travailler au Laboratoire de Robotique de Paris. J’adresse mes plus vifs remerciements ` a ma directrice de th` ese Mme Edwige Pissaloux qui m’a propos´ e un sujet de recherche original et passionnant. Je voudrais que vous sachiez combien votre encadrement a ´ et´ e p´ edagogique pendant ces quatre ann´ ees. Merci pour votre conﬁance et pour tout ce que vous avez fait pour un mexicain en France. Je vous exprime ici ma plus profonde gratitude. Je veux ´ egalement exprimer toute ma reconnaissance ` a M. Moustapha Hafez et ` a M. J´ erˆ ome Szewczyk pour leur aide, leurs conseils et pour le suivi scientiﬁque et technique de ces travaux. Je voudrais remercier Mme Betty Semail et M. Nicolas Chaillet qui m’ont fait l’honneur d’ˆ etre rapporteurs de ce m´ emoire et ` a Mme V´ eronique Perdereau pour avoir pr´ esid´ e le jury de th` ese. Je voudrais remercier particuli` erement M. Mel Siegel et M. Fernando Vidal pour les remarques, les corrections et les critiques apport´ ees. Je remercie tr` es sinc` erement Vincent de Sars, Michael Wiertlewski et El´ eanor Fontaine, votre aide a ´ et´ e tr` es pr´ ecieuse pour la r´ eussite de cette th` ese. Je voudrais ´ egalement transmettre mes remerciements ` a Mehdi Boukallel et Maxime Girot pour leur patience dans la correction de ce manuscrit. Que tous les permanents et doctorants du Laboratoire de Robotique de Paris soient assur´ es de ma gratitude. Chacun d’entre eux a contribu´ e ` a l’aboutissement de mon travail. Je les remercie de leur amiti´ e et de leur soutien durant ces ann´ ees. Finalmente quiero agradecer a mi familia. Muchas gracias por su apoyo a lo largo de estos a˜ nos de ausencia y de aventuras al otro lado del mundo. Sin ustedes nada de esto hubiera sido posible. Ramiro Vel´ azquez-Guerrero Contents Table of contents i Table of ﬁgures iii Introduction 1 1 Toward a New Electronic Travel Aid for the Blind 3 1.1 Blind mobility aids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.1 Classic aids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.2 Electronic travel aids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.3 Synthesis and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2 Intelligent Glasses: a visuo-tactile ETA for the blind . . . . . . . . . . . . 11 1.2.1 Vision system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2.2 Tactile display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3 Criteria for the design of the IG tactile display . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.1 Guidelines for tactile displays: a psychophysiology approach . . . . 21 1.3.2 Choice of actuation technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4 Essential features of shape memory alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2 Design and Characterization of SMA Helical Springs 29 2.1 Modeling of shape memory alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2 The thermal dynamics of SMAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.1 Heat transfer analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.2 Heat-exchange coeﬃcient h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.3 Parameter determination through an example . . . . . . . . . . . . 33 2.2.4 Phase transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.3 SMA mechanical behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3.1 Strain-deﬂection behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3.2 Temperature dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.3.3 Load-deﬂection-temperature relation . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.3.4 Behavior of the plastic region: evolution of rb . . . . . . uploads/Litterature/ contribution-to-the-design-and-implementation-of-p.pdf