I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   6 ,   No .   6 Decem b er   201 6 ,   p p .   287 0 ~ 2 8 7 7   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 6i 6 . 1 1 6 8 6           2870       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Ro bust Cont ro lle r f o r a Visio n  F ee dba ck Ba sed Tele po inter        Sh a h Ne w a M o ha mm a d Ab du l K a der,   M o hd .   M a rz uk M us t a f a ,   Aini H us s a in   De p a rtme n o f   El e c tri c a l,   El e c tro n ics   a n d   S y ste m En g in e e rin g ,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g   a n d   Bu il E n v iro n m e n t,   Un iv e rsiti   Ke b a n g sa a n   M a la y sia ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   3 0 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Sep   0 8 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Sep   22 ,   2 0 1 6     T e lep o in ter  is  a   v e r y   u se f u to o f o tele c o n su lt a ti o n   a n d   tele p ro c to r in g ,   w h e re b y   a   tele p o in ter  v ia  tele c o n f e r e n c in g   is  a   p e r f e c e x a m p le  o f   c o m p u ter - su p p o rted   c o o p e ra ti v e   w o rk   (CS CW a n d   d ig it a tele p re se n c e .   To   th is  e n d ,   m a n y   tele p o in ters   a re   in tro d u c e d   f o d ig it a tele p re se n c e .   Ho w e v e r ,   th e re   a re   stil c o n c e rn s reg a rd in g   t h e   sp e e d   o f   re sp o n se   a n d   r o b u stn e ss   o f   th e   s y ste m .   It   is  ra th e d if f i c u lt   to   m o d e th e   a c t u a sy ste m   in   o rd e t o   d e sig n   th e   c o n tro ll e r.   T h is  p a p e d e sc rib e d   th e   d e v e lo p m e n o f   a   tele p o in ter  a n d   it c o n tro ll e f o a   re a ti m e   c o m m u n ica ti o n   u sin g   v isio n   f e e d b a c k .   T h e   m a in   f o c u o th is  stu d y   w a to   c o n tro l   th e   L a se P o in ter  (L P w it h   a   d isc re te  ti m e   P ID    (p ro p o rti o n a l in teg ra l d e riv a ti v e c o n tro ll e w h ich   w a s   tu n e d   u sin g     Zi e g ler - Nic h o ls  (ZN)  m e th o d .   T h e   re su lt in d ica ted   th a t   th e   t u n e d   c o n tro ll e b rin g   a b o u f a st  re sp o n se   w it h   n o   o v e rsh o o a n d   ste a d y   sta te   e rr o rs  a th e   o u t p u re sp o n se .   T h e   c o n tr o ll e w a sh o w n   to   b e   ro b u st  a g a in st  c h a n g e in   sa m p li n g   ti m e   a n d   e x tern a d istu r b a n c e .   K ey w o r d :   Dis cr ete  P I co n tr o ller   L aser   p o in ter     T elec o n s u ltatio n     T elep o in ter     Vis io n   f ee d b ac k     Co p y rig h ©   2 0 1 6   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sh a h   Ne w az   Mo h a m m ad   A b d u l K ad er ,   Dep ar t m en t o f   E lectr ical,   E lectr o n ics an d   S y s te m s   E n g i n ee r in g ,   Facu lt y   o f   E n g i n ee r i n g   a n d   B u ilt E n v ir o n m e n t,   Un i v er s iti Ke b a n g s aa n ,   4 3 6 0 0   B an g i,  Selan g o r ,   Ma la y s ia .   E m ail:  ee e. j o y 0 6 @ y a h o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N     T elep r o cto r in g   is   m e n to r in g   an d   e v alu at in g   o f   clie n ts   f r o m   d is ta n ce   w it h   t h i n v o l v e m e n t   o f   b r o ad b an d   co n n ec ti v it y ,   p o w er   ca m s ,   an d   s o p h is tica ted   v id eo co n f er en ci n g   eq u ip m e n t s .   I is   r ea ti m e   in ter ac ti v i n s tr u ctio n   o f   tec h n iq u e s   b y   an   ex p er t,  w h o   i s   i n   o n e   lo ca tio n   an d   th e   clie n i s   i n   a n o th er   r e m o te   lo ca tio n .   W ith   th aid   o f   t ele p o in ter   clin ician s   ca n   p o in t   ac cu r atel y   to   d if f er en ar ea s   o f   th p atien t s   in   r e m o te  lo ca tio n   th r o u g h   lo n g   d is tan ce   co m m u n icatio n   s u c h   as in ter n et.   A   b asic te lep o in ter   s y s te m   h as   v id eo   d is p la y   as  u s er   in ter f ac e,   p o in ti n g   d ev ice,   P er s o n al  C o m p u ter   ( P C )   an d   a   w eb   ca m er a.   T h e   ca m er tak e s   th i m ag e s   at  t h lo ca en d   a n d   tr an s m it ted   to   th r e m o te  en d .   T h lo ca en d     h a s   p o in ti n g   d e v ice  ( e. g . :   cu r s o r   m o u s e)   to   p o in to   s p e cif ic  o b j ec o n   th u s er   d is p lay   s cr ee n   w h ic h   is   s y n c h r o n ized      b et w ee n   t h b o th   en d s   [ 1 ] I n   r ec en y ea r s ,   s ev er al  tr ial s   w er d o n to   i m p r o v t h telep r esen ce   o f   t h s u b s p ec iali s ts   b y   in te g r atin g   a   r e m o te  co n tr o t elep o in ter .   I n   1 9 9 8 ,   S.  Ma n n   [ 2 ]   in tr o d u ce d     th f ir s t elep o in ter ,   w h ich   w as     w ea r ab le,   h an d s   f r ee   telep o in t er   w h ic h   ca n   p o in d if f er en o b j ec ts     in   r em o te  lo ca t io n .   T h is   telep o in ter   h a s   b ee n   ex p er i m e n tall y   u s ed   in   g r o ce r y   s h o p   to   in d icate   p ar ticu lar   p r o d u ct  f r o m   r e m o te  lo ca tio n .   I w as    also   u s ed   as a   teac h in g   to o l in   t h u n i v er s i t y .       Ma n y   o t h er   ex p er i m en t s   w er e     d o n w it h   d i f f er e n m ec h a n i s m s   to   u s r e m o tel y   co n tr o ll ed   LP   as  tele p o in ter .   Mo s o f   th e m     f o cu s ed   o n   th p r ac tical   p o ten ti al   ap p licatio n s   b u d o es  n o ex p lain     m u c h   ab o u t   th p er f o r m a n ce   a n d   r o b u s t n e s s   o f   th co n tr o s y s te m   t h at    r e m o tel y   co n tr o lled   th tele p o in ter .   T h ai m   o f   th i p ap er   is   to   d escr ib th d ev elo p m e n t o f   v is io n   f ee d b ac k   b ased   telep o in ter   w it h     th f o cu s     on   t h co n tr o l   s y s te m   o f   th i s   telep o in ter .    P r o p er ly   t u n ed   co n tr o ller   is   a n   i m p o r tan asp ec o f   th is   s er v o   m o u n ted   L P   to   av o id   s lu g g is h   o u tp u r esp o n s e o v er s h o o t,  s tead y   s tate  er r o r   an d   o p er atio n al  s e n s i tiv itie s   s u ch   as  e x ter n a Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708     R o b u s t Co n tr o ller   fo r   a   V is io n   F ee d b a ck   B a s ed   Telep o in ter   ( S h a h   N ewa z   Mo h a mma d   A b d u l Ka d er )   2871   d is tu r b an ce s   [ 1 ] .   I n   o u r   s y s te m ,   t h co n tr o ller   w ill  b b as ed   o n   th e   w id el y   u s ed   i n d u s t r ial  P I co n tr o ller   s ch e m a s   t h w o r k in g   p r i n ci p le  is   i n t u iti v el y   w el u n d er s t o o d .   T h p r o p o r tio n al   ter m   co n tr o ls   t h s p ee d   o f   r esp o n s in   th s en s o f   b r in g in g   t h o u tp u clo s er   to   t h s et  p o in a n d   ab le  to   r ed u ce   th e f f ec o f   s m al l   d is tu r b an ce s .   T h in teg r al  ter m   w ill  en s u r th at  co n tr o lled   s y s te m   is   r o b u s a g ai n s co n s ta n d is t u r b an ce .   A d d in g   t h d e r iv ati v ter m   f u r th er   i m p r o v e s   t h co n tr o as  it   ten d s   to   m o d er ate  t h ef f ec o f   t h P   an d   I   ter m s   d u to   its   ab ilit y   to   p r ed ict  ah ea d   [ 3 ] .   Z ieg ler - Nic h o ls   b ased   P I co n tr o ller   is   u s ed   p r ec is ely   in   teleo p er atio n   s ch e m [ 4 ] .     Ho w e v er ,   to   en s u r g o o d   s y s te m   r e s p o n s e,   th e   p ar a m eter s   t h at   d eter m i n t h e   s tr en g t h   o f   t h ese  3   co n tr o ac tio n s   n ee d   to   b p r o p er ly   t u n ed .   B ec au s e   o f   t h d if f ic u lt y   in   d er iv i n g   m at h e m atica l   m o d el  o f   a   v is io n   f ee d b ac k   b ased   telep o in ter   s y s te m ,   t u n in g   m et h o d s   b ased   o n   th p r o ce s s   m o d el  o f   t h s y s te m   ca n n o t   b u s ed   W h ile  tr ial  an d   er r o r ”  m et h o d   ca n   b u s ed   to   o b tain   t h co n tr o ller   p ar am eter s ,   th tu n i n g   p r o ce s s   ca n   tak lo n g   ti m e.   Fo r   th is   r ea s o n ,   w h a v ad o p ted   a   m o r s y s te m atic  alt h o u g h   e m p ir ical,   tu n i n g   th P I co n tr o ller   p ar am eter s   u s i n g   cl o s ed   lo o p   Z ieg ler - Nic h o ls   m et h o d .       2.   VI SI O N   F E E DB ACK   B ASE T E L E P O I NT E SY ST E M   Fig u r 1   s h o w s   o v er all  telec o n s u ltatio n   s y s te m   w i th   r e m o tel y   co n tr o lled   L P ,   w h ich   is   u s ed   as  telep o in ter . T h is   s y s te m   m ai n l y   co n s is t   t w o   P C lo ca ted   in   t w o   d i f f er e n t lo ca tio n s .   T h cli en t P C   i s   at   th e   b ase   s tatio n   a n d   th s er v er   P C   is   a th w o r k   s tatio n .   B o th   P C s   ar eq u ip p ed   w it h   n o r m a w e b   c am er a   an d   a u d io   v is u al  s y s te m .   T h clien P C   an d   th s er v er   P C   ar co n n ec ted   v ia  I n ter n et / L A N( L o ca A r ea   Net w o r k )   to   estab lis h   a   r ea t i m e   a u d io ,   v i d eo ,   an d   d ata    s tr ea m in g .   T h e     s er v o   m o u n ted   L P   is   in ter f a ce d   w it h   t h s er v er   P C   th r o u g h   USB   p o r t.  T h i s   h ar d w ar s y s te m   co n s is t s   o f   DAC  ( Dig ita to   A n a lo g   C o n v er ter )   an d   a   t elep o in ter .   A t h w o r k   s tatio n   th p atie n is   p o s itio n ed   in   t h f ield   o f   v ie w   o f   t h w eb   c a m   an d   w it h i n     th e   r an g e   o f   t h LP .   A   g e n er al  p h y s icia n   i s   n o r m all y   p r esen to   o p er ate  th tr ea t m e n t   at   th e   w o r k   s tatio n A t h r e m o te  b ase  s tatio n   lo ca tio n s u b s p ec iali s p h y s ic ian   i s   p r esen to   co m m u n icate   w it h   t h g en er al  p h y s icia n   co n ce r n i n g   t h o p er ativ e   tech n iq u e   v ia   t h v id eo   co n f er en c lin k   an d   telep o in ter .   I n   t h is   o v er all  s y s te m   at  th e   b ase  s tatio n ,   t h r e m o te  s u b s p ec ialis t   p h y s icia n   is   ca lled   t h e   p r o cto r in g   p h y s icia n   a n d   at  t h w o r k   s ta tio n   th e   g en er al  p h y s icia n   i s   ca lled   t h e   p r o cto r ed   p h y s ic ian At  t h w o r k   s tatio n   t h p atie n t i s   p o s iti o n ed   in   t h f ield   o f   v ie w   o f   t h w eb   ca m   a n d   w ith in     th r a n g e   o f   t h LP   .           Fig u r 1 .   Ov er all  T elec o n s u lta tio n   S y s te m   w it h   R e m o tel y   C o n tr o lled   LP       Vis io n   f ee d b ac k   is   f ee d b ac k   b ased   o n   in f o r m atio n   d er iv ed   f r o m   t w o - d i m en s io n al  i m a g es  s u c h   as   tak en   u s i n g   ca m er a.   T h i n f o r m atio n   d er iv ed   f r o m   t h ese   i m ag e s     r eq u ir es  t h u s e   o f   i m ag e   p r o ce s s i n g   o r     co m p u ter   v is io n   tec h n iq u es   [ 5 ] .   T h g o al  o f   al v is io n   f ee d b ac k   co n tr o s y s te m s   is   to   m i n i m alize   a n   er r o r ,   w h ic h   is   u s u all y   d ef i n ed   b y       e ( t )     ( m ( t )   a ) -                       ( 1 )     w h er e,   s   ( m   ( t) ,   a)   is   i m a g e   f ea t u r es,  m   ( t)   i s   i m a g c o o r d in ates  o f   i n ter es p o in t s ,   a   i s   ca m er i n tr in s ic   p ar am eter s   an d   s *   i s   th d esir ed   v alu o f   t h i m a g f ea tu r e s   [ 6 ] .   Fig u r 2   s h o w s   g e n er al  b lo ck   d iag r a m   o f   Vis io n   Feed b ac k   s y s te m   f o r   telep o in ter .   Fig u r 3   d ep icts   t h e   v is io n   f e ed b ac k   co n tr o s y s te m   f o r   te l ep o in ter   s y s te m   ca n   b e lab o r atel y .   T h u s e   o f   v is io n   f ee d b ac k   m ad th s y s te m   m o r r o b u s a g ain s d is t u r b an ce   an d   d o es  n o r eq u ir p r ec is Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  6 ,   No .   6 Decem b er   201 6   2 8 7 0     2 8 7 7   2872   ca lib r atio n   an d   e lab o r ate  s et - u p .   t h tar g et  p o s itio n   o f   t h L P   s * = (X t ,   Y t )     i s   g i v en   b y   th e   m o u s c u r s o r   o f     t h e   clien t P C   t h at  d is p la y   t h r ea l ti m v id eo   i m a g o f   th p atie n t c ap tu r ed   b y   w eb   ca m er at  t h w o r k   s tatio n .               Fig u r 2 Vis io n   Feed b ac k   S y s te m   f o r   T elep o in ter       Fig u r 3 Vis io n   Feed b ac k   B a s ed   T elep o in ter   S y s te m   Ou tli n e       T h is   tar g et  co o r d in ate  i n f o r m atio n   ( X t ,   Y t )   is   tr an s f er r ed   to   th s er v er   P C   v ia  i n ter n et.   At   th s er v er   P C ,   f r o m   t h s a m r ea l ti m th v id eo   i m a g e,   th c u r r en t p o s itio n   o f   L P   s ( X c , Y c )   is   d etec ted   an d   tr ac k ed   b y   laser   d etec tio n   an d   tr ac k i n g   alg o r ith m   i n   th s er v er   P C .   T h is   cu r r en co o r d in ate  in f o r m atio n   o f   L P   is   th e n   u s ed   a s   f ee d b ac k   to   th e   P I co n tr o ller   in   s er v er   P C .   T h o u tp u o f   t h e   co n tr o ller   i s   s e n d   to   th e   co n tr o b o x   th at  co n v er t s   t h ese   d ig ita s ig n als   to   an a lo g   DC   v o lta g s ig n als   w h ich   co n tr o s er v o   m o t o r s   th at   m o v ed   t h e   L P .       2 . 1 .   H a rdw a re   P la t f o r m     Fig u r 4   s u m m ar izes  t h e   f u n ctio n alit y   o f   w h o le  h ar d w ar p latf o r m .   T h D AC   is   co n n e cted   to   th e   s er v er   P C   v ia  U SB   P o r t.  T h DAC o u tp u t c h a n n els ar co n n ec ted   to   th d r iv er   ca r d s   o f   G alv an o m eter   Op tical   s ca n n er .   Gal v an o m eter   Op tica s ca n n er   h as  t w o   s er v o   m o u n ted   m ir r o r s   to   r ef lect   th e   laser   b ea m   alo n g   t h x - ax is   a n d   y - a x is . T h ese  s er v o   m o to r s   an d   t h d r iv er   ca r d s   h av b u ilt - i n   f ee d b ac k   w h er t h m o to r s   w i ll  r o tate   to   an g les  p r o p o r tio n a to   th i n p u v o lta g es.  I d ea ll y   t h in p u v o ltag es  to   th d r iv er   ca r d s   ca n   b ca lib r ated   t o   m o v t h laser   s p o to   s p ec i f i ed   lo ca tio n ,   b u th i s   o p en   lo o p   co n tr o w ill  b s e n s it iv to   d is tan b et w ee n   t h laser   s o u r ce   an d   th e   o b j ec t,  an d   th m o u n t in g   o r ie n t atio n   o f   th L P .   Fo r   t h i s   r ea s o n   a n   e x te r n al  co n tr o l lo o p   is   r eq u ir ed   th at  u tili s ed   th laser   s p o lo ca tio n   as  f ee d b ac k   s ig n al.   L aser   b ea m   is   f ix ed   p er p en d icu lar l y   w it h   th e   m ir r o r s   o f   t h at  s ca n n er   a n d   f o cu s ed   at  th ce n ter   o f   m ir r o r s .   T h laser   s p o f r o m   t h r ef lecte d   b ea m   ca n   b e   co n tr o lled   b y   r o tatin g   t h m ir r o r s   at  ce r tain   an g le.           Fig u r 4 .   Har d w ar P latf o r m       2 . 2 .   So f t wa re   P la t f o rm   I n   T h e   s er v er   P C ,   s o f t w ar p latf o r m   co n s is o f   in teg r ated   t h r ee   m o d u les  d ev elo p ed   u s i n g   C # A   r ea l   ti m A V D   ( Au d io ,   Vid eo ,   Data )   s tr ea m i n g   m o d u le  s etu p   n et w o r k   t h o u g h   I n ter n et / L A N   b et w ee n   th s er v er   P C   an d   clie n P C .   T h L P   d etec tio n   a n d   tr ac k i n g   m o d u le   is   w eb ca m   b a s ed   L P   d ete ctio n   a n d   tr ac k i n g   ap p licatio n .   I n   t h i s   m o d u le,   An d r e w   Kir illo v 's  m o tio n   d etec t io n   co d is   u s ed   a n d   t h AFo r g e. NE T   f r a m e w o r k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708     R o b u s t Co n tr o ller   fo r   a   V is io n   F ee d b a ck   B a s ed   Telep o in ter   ( S h a h   N ewa z   Mo h a mma d   A b d u l Ka d er )   2873   is   u s ed   f o r   i m ag p r o ce s s i n g .   T h laser   p o in d etec tio n   alg o r ith m   is   b ased   o n   f i n d i n g   t h b r ig h te s p ix el  i n   t h e   w eb ca m 's  f ield .   T h is   s i m p le  alg o r ith m   i s   ch o s e n   to   en ab le   d etec tio n   to   b d o n q u ick l y   w it h o u in c u r r in g   s ig n i f ica n p r o ce s s in g   ti m e,   h en ce   d ela y   in   t h f ee d b ac k T o   f u r th er   in cr ea s th i m ag p r o ce s s in g   s p ee d ,   Un s a f eB it m ap   class   w a s   u s ed   to   ac ce s s   an y   p ix el  d ata  i n   s h o r ti m e   [ 7 ] .   T h th ir d   m o d u le  is   t h co n tr o l   m o d u le  w h er co n tr o s i g n al   is   co m p u ted   u s i n g   d is cr ete  ti m P I D   co n tr o ller .   T h im p le m en ta tio n   o f   t h e   d is cr ete  ti m P I co n tr o ller   u s ed   in   th i s   m o d u le  i s   d escr ib ed   u s i n g   th p s e u d o co d e   [ 8 ]   b elo w :     previous_error = 0   integral = 0   start:   error = Target laser coordinate    Current laser coordinate    integral = integral + error*dt   derivative = (error  -   previous_error)/dt   output = Kp*error + Ki*integral + Kd*derivative   previous_error = error   wait(dt)   goto start     w h er e ,   d t is   s a m p l in g   ti m e.       2. 3 .   P I Co ntr o ller  Desig n   Fig u r 5   s h o w s   t h b lo c k   d ia g r a m   o f   th e   co n tr o s y s te m .   Her e,   C ( z)   is   t h co n tr o ller   a n d   P ( z)   is   telep o in ter   s y s te m .   T h ac tu al  s y s te m   h as  t w o   s ep ar ate  P I co n tr o ller s   ea ch   f o r   x - a x is   a n d   y - a x i s .   T h g en er al  f o r m   o f   t h co n ti n u o u s   ti m P I alg o r it h m   i s ,       ( t )     p  e ( t )     i   e (   ) t n   d      d d dt e ( t )             ( 2 )              Fig u r 5 C o n tr o Sy s te m       w h er e ( t )  r ( t ) -     ,   y   is   o u tp u v al u ( C u r r en laser   co o r d in ate  X c ,   Yc ),   r   is   in p u v alu ( T ar g et  lase r   co o r d in ate  X t ,Y t ),         is   P r o p o r tio n al  g ain   i   is   I n te g r al  g ai n ,     d   is   Der iv ati v g a in t n   is   T i m e    i s   Var iab le  o f   in te g r atio n   w h ic h   ta k e s   v al u es   f r o m   t i m 0   to   t h p r ese n t n .   W ith     a m p li n g   ti m δt   t h d cr etize d   f o r m   o f   th P I alg o r ith m   is ,       ( t n )     p   t n       i t i   n i     δ   d e ( t n ) - t n -     δ t             ( 3 )     L et  T b th s a m p lin g   ti m e.   T h d is cr et ti m Z   tr a n s f er   f u n ctio n   o f   t h P I co n tr o ller   is       ( z )     p     i      z z -       d z -        z                 ( 4 )                     T h er ar e   s ev er al  m eth o d s   th a ca n   b u s ed   to   d eter m i n th e   ab o v e   co n tr o ller   p ar am eter s   k p ,   k i   an d   k d   [ 9 ] .   If  th tr an s f er   f u n ctio n   o f   th p lan is   k n o w n ,   th er ar m an y   a v ailab le  d esi g n   tec h n iq u es   ca n   b u s ed   eith e r   b ased   o n   class ical  co n tr o l,  o p ti m al  co n tr o o r   ar tif icial  i n te llig e n ce   s u ch   as  f u zz y   lo g ic .   I f   th p lan m o d el  P ( z)   is   u n k n o w n   t h en   t h o s c o n tr o ller s   ca n   b t u n ed   m a n u all y   b y   tr ial   an d   er r o r ,   o r   u s i n g   t h o p en   lo o p   o r   clo s ed   lo o p   Z ieg ler Nic h o ls   t u n i n g   m et h o d .   T h clo s ed   lo o p   m et h o d   is   u s ed   h er b ec au s th tu n in g   m eth o d   w il a u to m at icall y   a n d   i n tr i n s ical l y   in co r p o r ate  all  t h e   d y n a m ic s   a s s o ciate d   w i th   th e   d is cr ete  ti m e   i m p le m en ta tio n .   Si n ce   t h is   t u n in g   m et h o d   o r ig in a ted   f r o m   h e u r is tic  p r in c ip le,   it  d o es  n o al w a y s   g i v th b es p er f o r m a n ce   in   all  ca s e s ,   b u t   ca n   s er v as  u s e f u s tar ti n g   p o in f o r   f u r t h er   tu n in g .     T h f ir s s tep   is   to   test   w h et h er   th p r o p o r tio n al  co n t r o g ain   i s   p o s iti v o r   n e g ati v e.   T h en ,   k i   a n d   k d   ar s et  to   z er o   an d   k p   v alu is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  6 ,   No .   6 Decem b er   201 6   2 8 7 0     2 8 7 7   2874   in cr ea s ed   u n ti it  g en er ate s   p er io d ic  o s cillatio n   at  th o u t p u r esp o n s e.   T h is   cr it ical  k v al    th   lti m ate   g ain   k u .   T h p er io d   w h er th o s cillatio n   o cc u r s   i s   ca lled   T u     lti m ate  p er io d     B a ed   o n   th v al u o f   t h ese   t w o   p ar a m eter s ,   t h e   P I co n tr o ller   p ar am e ter s   k p ,   k i ,   k d   ar e   ca lcu lated   ac co r d in g   to   th e   T ab le  1   [ 1 0 ] .    Fo r   th d esig n ed   co n tr o ller   C ( z) ,   th r ee   d esire d   p er f o r m an ce   cr iter ia   ar r ti m       5         ettlin g   ti m             an d   n o   o v er s h o o t.       T ab le  1 .   Z ieg ler - N ich o l s   Me th o d     C o n t r o l l e r   Ty p e     p     i     d   P   0 . 5 *       -   -   PI   0 . 4 5 *       1 . 2 *   p   -   P I D   0 . 6 *       2*   p /T u     p *T u /8       2 . 4 .   P I Co ntr o ller  T un ing       T h s er v o   m o to r s   f o r   t h x   a n d   y   a x es  we r co n tr o lled   b y   t w o   i n d ep en d en   P I co n tr o ller s   C x ( z)   an d   C y ( z)   r esp ec tiv el y .   B ased   o n   th s y s te m   co n f ig u r atio n   a n d   i m a g co o r d in ates s y s te m ,   w h e n     p o s itiv   s tep   co n tr o s ig n als  D C   v o lta g e s   V x   an d   V y   w er g iv e n   as  i n p u t s   to   th s y s te m ,   th laser   b e a m   w as  d ef lecte d   to   n eg at iv d ir ec tio n s   in   x   an d   y   ax es.  He n ce ,   t h e   DC   g ain   o f   th s y s te m   w as   n e g at i v e.   T h s a m p li n g   ti m e   w a s   ch o s en   T s =0 . 0 0 2 s .   T h is   w as   t h f a s tes s a m p lin g   ti m t h at  ca n   b u s ed   to   allo w   f o r   all  th v id eo   p r o ce s s i n g   an d   o th er   p r o ce s s es  r elate d   to   th i m p le m e n tat io n   o f   t h co n tr o ller   an d   co m m u n icatio n   to   b co m p leted .   T h e   tu n i n g   p r o ce s s   f o r   th co n tr o ller   C x ( z)   w a s   s tar ted   w it h     all  th v al u es  o f   k i   an d   k d   s et  to   ze r o .   T h v alu o f   k p   w a s   in i tiall y   s et  to   - 1   an d   r es u lted   in   th o u tp u to   b u n s tab le.   T h en   th v al u o f   k p   w as  g r ad u all y   d ec r ea s ed   u n t il a t t h v alu o f   k p - 0 . 0 0 1   th s y s te m   o u tp u t b ec a m s ta b le .   T h v alu o f   k p   w a s   th e n   g r ad u all y   i n cr ea s ed   to   - 0 . 0 0 3   u n til it c r ea ted   an   o s cillatio n   at  t h o u tp u t r esp o n se .     A lt h o u g h   t h Z ie g ler - Nic h o l s   clo s ed   lo o p   tu n i n g   m et h o d   r eq u ir es  t h s y s t e m   to   h a v co n s ta n t   a m p lit u d o s cillatio n s   to   d eter m in th u lti m ate  g ai n   an d   t h o s cillatio n   p er io d ,   w h a v f o u n d   th at  i w a s   s u f f icie n t to   o b tai n   t h g ai n   t h at  y ie ld   d a m p ed   o s cilla tio n   w i th   5   c y cle s   b ef o r t h o u tp u t   s ettled .   T h is   m et h o d   av o id ed   th d if f ic u lt y   i n   o b tain i n g   th cr it ical  s tab ili t y   c o n d itio n   a n d   also   th e   p o te n t ial  d a m a g to   th e   eq u ip m e n t.  T h is   cr itical    p   v alu e   w as   a   ig n ed   to   b e     lti m ate  g ain                       .     Fro m   th i s   o u tp u r esp o n s e   th   lti m ate  p er io d   T u   w a s   m ea s u r ed   to   b 0 . 0 0 4 s .   Si m i l ar l y ,   t h s a m p r o ce s s   w as   d o n f o r   t h y - ax is   co n tr o ller   C y ( z) .     Fo r   th is   co n t r o ller ,   th v al u o f             f o u n d   to   b -         an d   th   lti m ate  p er io d   T u   w as   m ea s u r ed   0 . 0 0 4 s .           Fig u r 6 ( a)   A   d a m p ed   Osc ill atio n   in   t h x - a x is   Ou tp u w h e n   k p = - 0 . 0 0 3 ,   ( b )   A   Da m p ed   O s cillatio n   in   t h   y - a x i s   Oc cu r r ed   w h e n   k p = - 0 . 0 0 4       Fig u r e   6 ( a)   an d   Fig u r 6 ( b )   r esp ec tiv el y   s h o w   th d a m p ed   o s cillatio n s   o cc u r r ed   in   th x - a x i s   an d     y - a x i s   o u tp u t s ,   w h e n   v alu o f   k p   i n   C x ( z)   w a s   g r ad u all y   i n cr ea s ed   to   - 0 . 0 0 3   an d   v alu e   o f   k p   i n   C y ( z)   w as   g r ad u all y   in cr ea s ed   to   - 0 . 0 0 4 .   Fro m   t h e s e   o u tp u r esp o n s e s   th   lt i m a te  p er io d   T u   w a s   m ea s u r ed   to   b 0 . 0 0 4 s   b o th   f o r   C x ( z)   an d   C y ( z) .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708     R o b u s t Co n tr o ller   fo r   a   V is io n   F ee d b a ck   B a s ed   Telep o in ter   ( S h a h   N ewa z   Mo h a mma d   A b d u l Ka d er )   2875   3.       RE SUL T A ND  ANA L YS I S          B ased   o n   th e   v al u o f   k u   a n d   T u   th co n tr o ller   p ar a m eter s   k p ,   k ,   k d   w er ca lc u lated   ac co r d in g   to   th e   tu n in g   r u le s   g i v e n   in   T ab le  1 .   T h s u m m ar y   o f   th co n tr o ll er   p ar am eter s   a n d   th eir   co r r esp o n d in g   r is ti m e s ,   s etti n g   ti m e s   an d   o v er   s h o o t a r g iv e n   i n   T ab le  2 .           T ab le  2 .   C o n tr o ller   P a r am eter s   an d   P er f o r m an ce   P a r a me t e r s   k u   T u   k p   k i   k d   R i se   t i me   S e t t l i n g   t i me   O v e r sh o o t   C o n t r o l l e r   C x ( z )   - 0 . 0 0 3   - 0 . 0 0 4   - 0 . 0 0 1 8   - 0 . 9   - 0 . 0 0 0 0 0 0 9   0 . 0 4   se c   0 . 0 7 4   se c   N o   o . s   C o n t r o l l e r   C y ( z )   - 0 . 0 0 4   - 0 . 0 0 4   - 0 . 0 0 2 4   - 1 . 2   - 0 . 0 0 0 0 0 1 2   0 . 0 4   se c   0 . 0 7 2   se c   N o   o . s           Fig u r 7 ( a)   Sy s te m   Ou tp u t R esp o n s f o r   C o n tr o ller s   T u n ed   Usi n g   Z - M eth o d   ( b )   S y s te m   O u tp u R esp o n s f o r   th Det u n ed   C o n tr o ller s       Fig u r 7 ( a)   s h o w   t h clo s ed   l o o p   r esp o n s es  u s i n g   t h ese   s et   o f   k p ,   k ,   k d   v al u e s   f o r   C x ( z)    an d   C y ( z)   co n tr o ller s .   A l th r ee   p e r f o r m an ce   cr iter ia    r ti m       5     ettli n g   t i m 0 . 1 s   an d   n o   o v er s h o o t)   w er m e t   w it h   t h Z m et h o d W f o u n d   th at  f u r t h er   f i n tu n i n g   o f   t h ese  co n tr o ller   p ar am eter s   d id   n o r esu lt  i n   b etter   co n tr o l p er f o r m a n ce .     Fig u r 7 ( b )   s h o w   t h o u tp u r es p o n s e s   w h en   t h co n tr o ller s   ar d etu n e d .   T o   g et  s o m i n d icatio n   o n   th tu n i n g   m et h o d   ef f ec ti v en ess ,   th co n tr o ller   p ar am eter s   g iv e n   i n   T ab le  2   w er d etu n ed   b y   d o u b lin g   th e   v alu e s   o f   k i   a n d   h al v ed   t h v alu es   o f   k d   i n   t h C x ( z)   a n d   C y ( z)   co n tr o ller s .   C x ( z)   g av e   s lo w er   r is ti m a n d   s ettli n g   ti m w i th   7 . 5 o v er s h o o t,  C y ( z)   g av f aster   r is ti m e,   s lo w er   s ettli n g   ti m w it h   3 3 . 6 o v er s h o o t.  R es u lts   s h o w   t h at  Z - m e th o d   ca n   b ef f ec t iv el y   u s ed   to   tu n th co n tr o ller   f o r   th tele  p o i n ter   s y s te m .     3 . 1 .   Ro bu s t nes s   ag a ins t   Cha ng es   in  Sa m p lin g   T i m e   T h ch o ice  o f   s a m p lin g   ti m is   cr u cial  in   t h i m p le m e n tati o n   o f   d is cr ete  ti m co n tr o s y s te m .   T h e   s elec tio n   o f   t h s a m p l in g   ti m n ee d   to   tak co n s id er atio n   o f   th clo s ed   lo o p   s y s te m   ti m co n s tan a n d   also   ti m r eq u ir ed   to   co m p u te  th co n tr o s ig n al.   T h m ain   co m p u tatio n al  lo ad   in   i m p le m e n ti n g   t h co n tr o ller   is   th i m a g p r o ce s s i n g   to   lo ca te  th e   laser   s p o t.  T h is   p r o ce s s i n g   ti m w i ll  b d ep en d e n o n   t h s p ee d   o r   co m p u ti n g   p o w er   o f   t h co m p u ter   u s ed .   Hen ce ,   th er i s   n ee d   to   s tu d y   t h ef f ec o n   t h p er f o r m a n ce   o f   t h e   s y s te m   w h e n   d if f er en s a m p l in g   ti m e s   ar u s ed .   T o   s tu d y   th r o b u s tn es s   o f   th s y s te m   a g ai n s d i f f er e n s a m p li n g   ti m e,   d ela y   w as p u r p o s el y   i n tr o d u ce d   in   th p r o g r a m   co d o f   th co n tr o ller .           Fig u r 8 S y s te m   O u t p u t Res p o n s w it h   Di f f er e n t Sa m p li n g   T im es  ( a)   T s =0 . 1 s   an d   b )   T s =1 s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  6 ,   No .   6 Decem b er   201 6   2 8 7 0     2 8 7 7   2876   Fig u r 8 ( a)   an d   8 ( b )   s h o w   th s y s te m   o u tp u r esp o n s es  wh en   t h s a m p li n g   ti m w as  i n cr ea s ed   t o   0 . 1 s   an d   1 s .     I s h o w s   t h at  alt h o u g h   t h r esp o n s e s   w er s lo w er   as  ex p ec ted   b ec au s e   o f   t h d ela y ,   th er w a s   n o   o v er s h o o an d   m o s i m p o r ta n tl y   is   t h at  t h clo s ed   lo o p   s y s te m   r e m ai n ed   s tab le.   A l th o u g h   th s y s te m   p er f o r m a n ce   w ill  d e g r ad w it h   lo n g er   s a m p li n g   ti m e,   it  w i ll   n o r esu lt  i n   co m p lete  m a lf u n ctio n   o f   th s y s te m .   I t c an   b co n clu d ed   th at  t h co n tr o lled   s y s te m   is   r o b u s t a g ain s t c h a n g e s   in   t h s a m p li n g   ti m e.     3 . 2 .   Ro bu s t nes s   a g a ins t   E x t e rna l D is t urba nce      Fo r   th is   s y s te m ,   t h m o s lik el y   d is t u r b an ce   w ill  b th L P   p h y s ical  d is p lace m en w h ic h   u s u al l y   h ap p en   as  th u s er   r ep o s itio n e d   th L P   to   g et  t h o p ti m u m   d is tan ce   an d   o r ien ta tio n   w i th   r esp ec to   th p atie n t   p o s itio n .       Fig u r 9   s h o w s   t h o u tp u w h en   th L P   w as  i n te n tio n a ll y   d i s p lace d .   W h en   laser   s p o w as   s ettled   at  th tar g et  p o s ito n   ( 2 2 4 ,   2 1 4 )   in   t h a n d   y   d ir ec tio n .   T h f ir s in s tan ce   at  0 . 6 2 s   th p o i n ter   w as   p h y s icall y   d is p lace d   th at  ca u s ed   th la s er   s p o to   m o v to   ( 4 5 , 1 3 0 ) .   T h co n tr o ac tio n   in   th P I co n tr o ller   w a s   ab le  to   b r in g   t h o u tp u to   th tar g et  lo ca tio n   w it h in   0 . 0 3 s .   Si m ilar   o b s er v atio n s   ca n   also   b m ad d u r i n g   th e   o cc u r r en ce s   o f   d is t u r b an ce s   at   1 . 5 s   an d   2 . 48 s ,   w h e n   t h la s e r   s p o w a s   p h y s ical l y   d i s p lace d   r esp ec tiv el y   f r o m   its   tar g et  p o s itio n   to   p o s itio n   ( 1 5 0 ,   6 3 )   an d   p o s itio n   ( 4 1 7 , 3 4 8 ) .   I n   all  in s ta n ce s ,   t h d is t u r b an ce   w er co r r ec ted   w it h i n   0 . 0 3 s   w h ic h   i s   co n s id e r ed   as  v er y   f as t .   I n   s h o r t,  th e   p r o p o s ed   m et h o d   w as  ab le   to   r ep o s itio n   t h L P   w it h o u t th n ee d   f o r   elab o r ate  s et - u p   o f   t h in s tr u m e n t a n d   c alib r atio n   p r io r   to   u s e.             Fig u r 9 Dis tu r b an ce   R ej ec tio n   f r o m   t h O u tp u R esp o n s o f   th Sy s te m       4.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   d escr ib ed   th d ev elo p m e n o f   r e m o tel y   co n tr o l led   L P   f o r   telec o n s u ltatio n   w it h   v is o n   f ee d b ac k .   T h m o s i m p o r ta n p ar o f   th i s   s y s te m   i s   th p er f o r m a n ce   o f   t h co n tr o ller .   Go o d   c o n tr o p er f o r m a n ce   w as  ac h ie v ed   b y   tu n i n g   th P I co n tr o ller   u s i n g   Z ie g ler - Nich o l s   m et h o d .   T h tu n ed   co n tr o ller s   n o o n l y   r e s u lted   i n   v er y   f a s t   r esp o n s w ith o u n o   o v er s h o o t,  b u it  is   also   r o b u s ag ai n s c h an g e s   in   t h e   s a m p li n g   ti m an d   ex ter n al  d is tu r b an ce .       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h au th o r s   w o u ld   lik to   ac k n o w led g MO ST I   an d   UKM   f o r   Scien ce   Fu n d   01 - 01 - 02 - S F0 8 8 2   an d   GUP - 2013 - 035 .   I n   ad d itio n ,   w th a n k   Dr .   E d g ar   Sca v i n o   a n d   Mr .   Mo h d   Ha n if   Md   Saad   f o r   th eir   h elp   i n   t h in itial  s etti n g s   o f   t h ex p er i m e n t.       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ka ri m   R A ,   Za k a r ia  NF,   Zu lk if le y   M A ,   M u sta fa   M M ,   S a g a p   I,   Lata NH .   Tele p o in ter  tec h n o lo g y   in   tele m e d icin e a   re v ie w .   Bi o me d ica e n g in e e rin g   o n li n e .   2 0 1 3   M a 9 ;   1 2 (1 ) :   1.   [2 ]   M a n n   S .   T e lep o i n ter:  Ha n d s - f re e   c o m p lete l y   se l f - c o n tain e d   w e a ra b le  v isu a a u g m e n ted   re a li ty   w it h o u h e a d w e a a n d   w it h o u a n y   in f ra stru c tu ra re li a n c e .   In W e a ra b le  Co m p u ters ,   T h e   F o u rt h   In tern a ti o n a S y m p o siu m   o n   2 0 0 0   Oc 1 6   ( p p .   1 7 7 - 1 7 8 ).   IE EE .   [3 ]   Ch e n   Y,  M a   YJ ,   Yu n   W X .   A p p li c a ti o n   o f   I m p ro v e d   Ge n e ti c   A lg o r it h m   in   P ID Co n tro ll e P a ra m e ter s Op ti m iz a ti o n .   T EL KO M NIKA  In d o n e si a n   J o u rn a o El e c trica En g in e e rin g .   2 0 1 3   M a 3 ;   1 1 (3 ) :   1 5 2 4 - 3 0 .   [4 ]   Ca h y a d A I,   Ho o NK ,   P e rsa d a   A.  De sig n   a n d   Ex p e rim e n ts  o f   L o Co st  T e leo p e ra ti o n   S y ste m .   IAE S   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o R o b o ti c s a n d   Au t o ma ti o n .   2 0 1 2   M a 1 ;   1 ( 1 ):   1.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708     R o b u s t Co n tr o ller   fo r   a   V is io n   F ee d b a ck   B a s ed   Telep o in ter   ( S h a h   N ewa z   Mo h a mma d   A b d u l Ka d er )   2877   [5 ]   Hu tch in s o n   S ,   Ha g e G D,  Co rk e   P I.   A   tu to rial  o n   v isu a se rv o   c o n tr o l.   IEE tra n sa c ti o n o n   ro b o ti c a n d   a u t o ma ti o n .   1 9 9 6   Oc t;   1 2 ( 5 ):   6 5 1 - 70.   [6 ]   Ch a u m e tt e   F ,   Hu tch in s o n   S .   V is u a se rv o   c o n tr o l.   I .   Ba sic   a p p r o a c h e s.  IEE Ro b o ti c &   Au to ma ti o n   M a g a zin e 2 0 0 6   De c ;   1 3 (4 ) :   82 - 9 0 .   [7 ]   De rh g a w e n   A . W e b c a m   Ba se d   Las e T r a c k in g   f o Hu m a n - Co m p u ter  In tera c ti o n . A p r.   2 0 0 8 .   [ O n l in e ]. A v a il a b le:   h tt p s:/ /ch a n n e l9 . m sd n . c o m /co d in g 4 f u n /article s/W e b c a m - Ba s e d - L a se r - T r a c k in g - f o r - Hu m a n - Co m p u ter - In tera c ti o n   [8 ]   L c a d y . P ID  p ro c e ss   c o n tro l,   a   " Cru ise   Co n tr o l"   e x a m p le.  Co d e P ro jec t. M a y . 2 0 0 9 [On li n e ] . A v a il a b le:  h tt p : // ww w . c o d e p ro jec t. c o m /A rti c les /3 6 4 5 9 / P ID - p ro c e ss - c o n tr o l - a - Cru ise - Co n tr o l - e x a m p le   [9 ]   A stro m   K.J  ,   Ha g g lu n d   T .   P ID   Co n tr o ll e rs,  T h e o ry ,   De si g n   a n d   T u n in g .   ( 2 n d   Ed i ti o n ),   I n stru m e n S o c iety   o     Am e rica   (1 9 9 5 ).   [1 0 ]   Zi e g ler J G ,   Nic h o ls  NB.  Op ti m u m   s e tt in g s f o a u to m a ti c   c o n tro ll e rs.  tra n s.   AS M E .   1 9 4 2   No v ;   6 4 (1 1 ):  7 5 9     7 6 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.