Haptic feedback is feedback relating to the sense of touch. Current research suggests that the use of haptic feedback could give an increase in speed and accuracy when doing certain tasks such as outlining organ contours in medical applications or even filling in spreadsheets. This master thesis project has two different goals concerning haptic feedback. The first is to try to improve the forces for the SensAble PHANTOM Omni® Haptic Device when used in an application to outline contours in medical images, to give the user better feedback. The PHANTOM Omni is a device able to read in user movement of an arm attached to it in three dimensions, but it is also able to output forces through this arm back to the user, i.e. giving haptic feedback. By improving these forces and thus providing better feedback, we hope that speed and accuracy increases for a user working with the mentioned application. The second part of the project consists of evaluating if delays in a network between the haptic feedback device and the place where the data sets are located impact the user perceived quality or the outcome of the task. We do this by considering a number of potential architectures for distributing the image processing and generation of haptic feedback. By considering both of these goals we hope to demonstrate both a way to get faster and more accurate results when doing the tasks already mentioned (and other tasks), but also to understand the limitations of haptic performance with regard to distributed processing. We have successfully fulfilled our first goal by introducing a haptic force which seems quite promising. This should mean that the people working with outlining contours in medical images can work more effectively; which is good both economically for hospitals and quality of service-wise for patients. Our results concerning the second goal indicate that a haptic system for outlining contour can work well when using this new haptic force, even on low quality data links (which can be used for example in battlefield medicine or by specialists to conduct long distance operations or examinations) -- if the system architecture distributes the functionality so as to provide low delay haptic feedback locally. We have tried to compare our results from the second part with a model for the impact of network delay on voice traffic quality developed by Cole and Rosenbluth, but as there is not necessarily a numeric correspondence between the quality values that we used and the ITU MOS quality values for voice we cannot make a numeric comparison between our results and that model. However our experimental data seem to suggest that the decrease in perceived quality was not as fast as one might expect considering simply the ratios of the voice packet rate (typically 50 Hz) and the 1000 Hz rate of the haptic feedback loop. The decrease in quality seems to only be about one half of what the ratio of these rates might suggest (i.e., a factor of 10x faster decrease in quality with increasing delay rather than 20x). / Haptisk återkoppling är återkoppling som fås genom känseln. Nutida forskning visar att användandet av sådan återkoppling kan öka effektiviteten vid vissa arbetsuppgifter inom sjukvård, till exempel vid förberedande uppgifter inom strålbehandling, men också vid kontorsarbete såsom att fylla i värden i ett kalkylark. Detta examensarbete har två mål som rör haptisk återkoppling. Det första är att försöka förbättra krafterna som ges från den haptiska enheten SensAble PHANTOM Omni® Haptic Device vid användning i ett medicinskt datorprogram rörande strålbehandling, i syfte att förbättra användareffektiviteten. PHANTOM Omni är en maskin som har en arm kopplad till sig som både kan läsa av rörelser och ge ut krafter med hjälp av en inbyggd motor, det vill säga ge haptisk återkoppling. Genom att förbättra dessa krafter och därigenom ge mer realistisk återkoppling hoppas vi att effektiviteten kan öka för en användare av det nämnda datorprogrammet. Det andra målet är att utvärdera hur fördröjningar i ett nätverk mellan den plats där enheten är placerad och den plats där informationen som ska bearbetas finns, påverkar upplevelsen för användaren och därmed resultatet av arbetet. Vi genomför detta genom att analysera flera olika tänkbara arkitekturer, där placeringen av bilddatat och uträkningen av krafter som ska ges ut av den haptiska enheten varierar. Genom att undersöka dessa två olika aspekter hoppas vi att vi både kan visa ett sätt att få snabbare och bättre resultat när man arbetar med uppgifter av den karaktären som redan beskrivits, men också att förstå begränsningarna för att använda haptisk återkoppling i distribuerade system. Vi har framgångsrikt lyckats uppfylla vårt första mål genom att utveckla en kraft till den haptiska enheten som verkar lovande. Om denna kraft funkar i praktiken innebär det att personer som arbetar med förberedande uppgifter inom strålbehandling kan göra dessa uppgifter effektivare vilket är positivt både ekonomiskt för sjukhusen och kvalitetsmässigt för patienterna. De resultat vi har fått fram avseende vårt andra mål indikerar att användandet av en haptisk enhet inom medicinsk bildbehandling kan fungera bra med vår nyutvecklade kraft, även på nätverkslänkar med dålig kvalitet (som kan vara fallet exempelvis när medicinska specialister utför undersökningar eller operationer på distans) – om systemet är uppbyggt så att den haptiska återkopplingen sker lokalt med en minimal fördröjning. Vi har försökt att jämföra våra resultat från nätverksdelen med en modell beskriven av Cole och Rosenbluth, som ger kvaliteten på rösttrafik som en funktion av fördröjningen i ett nätverk. Dock finns det inte nödvändigtvis någon korrelation mellan de värden vi har fått fram och den kvalitetsskala för rösttrafik som de använde. Vi kan därmed inte göra en jämförelse rakt av mellan våra resultat och deras modell. Däremot så pekar de data vi har fått i våra experiment på att den användarupplevda kvaliteten inte sänktes lika snabbt som man kunde ha väntat sig om man bara tar hänsyn till förhållandet mellan uppdateringsfrekvenserna för rösttrafik (vanligtvis 50 Hz) och den haptiska återkopplingen (1000 Hz). Kvalitetssänkningen verkar vara hälften av vad detta förhållande skulle kunna antyda (det vill säga en faktor på 10 gånger snabbare sänkning i kvalitet med ökande fördröjning snarare än 20 gånger).

Networked haptic cooperation entails direct interactions among the networked users in addition to joint manipulations of shared virtual objects. For example, therapists may want to feel and guide the motions of their remote patients directly rather than via an intervening virtual object during tele-rehabilitation sessions. To support direct user-to-user haptic interaction over a network, this dissertation introduces the concept of remote dynamic proxies and integrates it into two distributed control architectures. The remote dynamic proxies are avatars of users at the sites of their distant peers. They have second order dynamics and their motion is coordinated to the remote user whom they represent either via virtual coupling or via wave-based control. The remote dynamic proxies render smooth motion of the distant peers regardless of the infrequent and delayed information received over the network. Therefore, the integration of remote dynamic proxies into distributed networked haptic cooperation allows stiffer contacts to be rendered to users and improves position coherency in the presence of longer constant network delays. The thesis investigates the advantages and limitations of the remote dynamic proxies for two distributed haptic architectures. These architectures coordinate the peer users and their virtual environments via: - virtual coupling control. For virtual coupling-based networked haptics with remote dynamic proxies, stability is analyzed within a multi-rate state space framework and the analysis is validated through experiments involving both cooperative manipulations and direct user-to-user interactions. The results show that the remote dynamic proxies maintain high coherency between the distributed virtual environments and enable users to see and feel their peers moving smoothly. They also increase the stiffness of direct user-to-user contact in the presence of larger constant network delay. However, the remote dynamic proxies do not lessen users' perception of a predominantly viscous virtual environment in the presence of network delay. - wave-based control. To enable users to feel other dynamics in addition to viscosity during networked haptic cooperation, this dissertation further develops a wave-based distributed coordination approach for the remote dynamic proxies. The performance of the proposed approach is investigated via experiments involving both cooperative manipulations and direct user-to-user interactions. The results demonstrate that the remote dynamic proxies mitigate the poor coherency typical to wave-based coordination architectures and enable users to touch their peers. Furthermore, the remote dynamic proxies improve users' perception of inertia in the presence of network delay.