Wykorzystanie technik rzeczywistości wirtualnej do teleoperacji robota mobilnego

pol Artykuł w języku polskim DOI:

wyślij Jarosław Jankowski Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa

Pobierz Artykuł

Streszczenie

W dzisiejszych czasach roboty niejednokrotnie zastępują ludzi w pracach monotonnych, w których ruchy można zaprogramować. Istnieją jednak zadania, które należy wykonać w środowisku nieznanym oraz niebezpiecznym dla człowieka. W takich przypadkach możliwe jest wykorzystanie teleoperacji, czyli sterowania maszyną na odległość. Wizualne sprzężenie zwrotne najczęściej realizowanie za pomocą prezentacji obrazu monoskopowego pochodzącego z kamery umieszczonej na manipulatorze robota mobilnego często bez możliwości zmiany orientacji kamery wprowadza duże trudności w sterowaniu jak również ogranicza zdolność operatora do postrzegania przestrzennego. Wady te można zminimalizować wykorzystując technikę rzeczywistości wirtualnej. Info-hełm wyświetlający obraz stereoskopowy dostarcza operatorowi poczucie głębi, zwiększając precyzję manipulowania. Natomiast użycie info-rękawic oraz systemu śledzenia ruchu dłoni i głowy umożliwia stworzenie bardziej intuicyjnego interfejsu sterowania. W pracy przedstawiono budowę funkcjonalnego modelu robota mobilnego, który zostanie wykorzystany do przeprowadzenia badań mających na celu porównanie trzech typów interfejsów sterowania robotem mobilnym.

Słowa kluczowe

robot mobilny, rzeczywistość wirtualna, teleoperacja

The use of virtual reality techniques for teleoperation of mobile robot

Abstract

Nowadays robots are widely used to replace human in monotonous works which movements can be programmed. However, there are tasks that have to be performed in unknown and hazardous environments. In such cases it is reasonable to use teleoperation, i.e. to operate a machine from a distance. Implementation of visual feedback by the monoscopic presentation of images taken from cameras, which are mostly stationary placed on a robot's manipulator, introduces difficulties in controlling and limits operator's spatial perception. These defects can be minimized by using virtual reality technology. The use of stereoscopic visualization and head-mounted display (HMD) may provide higher perception of environment depth that can increase precision of manipulation. Data gloves and system tracking used for registration movement of hand and head allow to create more intuitive control interface. The paper presents a construction of a functional model of a mobile robot, which will be used to conduct a study aimed at comparing the three types of human-robot interfaces.

Keywords

mobile robot, teleoperation, virtual reality

Bibliografia

  1. Nivolianitou Z., Aneziris O. N., Nasios K.: Virtual Reality applications for improving safety in the process industry, Safety and Reliability for Managing Risk - Guedes Soares & Zio (eds.), 2006 Taylor & Francis Group, London.
  2. Mujber T.S., Szecsi T., Hashmi M.S.J.: Virtual reality applications in manufacturing process simulation, „Journal of Materials Processing Technology”, 155-156 (2004) 1834-1838.
  3. Duffy V.G., Wu F.F, Parry P.W. Ng: Development of an Internet virtual layout system for improving workplace safety, „Computers in Industry” 50 (2003) 207-230.
  4. Ambrose D.H., Bartels J.R., Kwitowski A. et al.: Mining Roof Bolting Machine Safety: A Study of the Drill Boom Vertical Velocity, „Information Circular” 9477/2005.
  5. Budziszewski P., Grabowski A., Milanowicz M. et al.: Designing a workplace for workers with motion disability with computer simulation and virtual reality techniques, „Int J Disabil Hum Dev” 2011;10(4) 355-358.
  6. Gallagher A.vG., Cates C.: Virtual reality training for the operating room and cardiac catheterisation laboratory, „The Lancet”, Volume 364, Issue 9444, October 2004, 1538-1540.
  7. Mól A.C.A., Jorgea C.A.F., Coutob P.M. et al.,: Virtual environments simulation for dose assessment in nuclear plants, „Progress in Nuclear Energy”, 2008.
  8. Duarte M.E.C., Rebelo F.: Virtual Reality in the Study of Warnings Effectiveness [w:] iidem, Ergonomics and Health Aspects of Work with Computers, Springer, Berlin 2007.
  9. Duffy V.G., Parry P.W. Ng: Ramakrishnan A., Impact of a simulated accident in virtual training on decisionmaking performance, „International Journal of Industrial Ergonomics”, Volume 34, Issue 4, October 2004, 335-348.
  10. Valois J., Herman H., Bares J., Rice D.: Remote operation of the Black Knight unmanned ground combat vehicle, [w] Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 6962, art. no. 69621A (2008).
  11. Hainsworth D.W.: Teleoperation User Interfaces for Mining Robotics, „Autonomous Robots” 11, 2001, 19- 28.
  12. Lin Qingping, Kuo Chengi: „Virtual tele-operation of underwater robots”, [w] Proceedings - IEEE International Conference on Robotics and Automation 2, 1997, pp. 1022-1027.
  13. http://www.antyterroryzm.com/robot_antyterrorystyczny.php
  14. Z. Nawrat, P. Kostka, W. Dybka: et al., „Nowe mechatroniczne narzędzia chirurgiczne - Robin heart Uni System”, Pomiary Automatyka Robotyka, 2/2009, 532-538.
  15. M. Anvari: „Remote telepresence surgery: the Canadian experience”, Surg Endosc, 21, 2007, 537-541.
  16. Cheng-Peng Kuan, Kuu-Young Young: „VR-Based Teleoperation for Robot Compliance Control”, Journal of Intelligent and Robotic Systems, 30, 2001, 377-398.
  17. Philippe Fuchs, Fawzi Nashashibi, Didier Maman: „Assistance for Telepresence by Stereovision-Based Augmented Reality and Interactivity in 3D Space”, Presence, Vol. 11, No. 5, October 2002, 525-535.
  18. Jussi Suomela, Aarne Halme: „Tele-Existence Techniques of Heavy Work Vehicles”, Autonomous Robots, 11, 29-38, 2001.