Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Робот-охранник Justus патрулирует в Кракове

Telerobotics - это область робототехники, которая занимается управлением полуавтономными роботами на расстоянии, в основном с использованием беспроводной сети (например, Wi-Fi , Bluetooth , Deep Space Network и т.п.) или привязанных соединений. Это комбинация двух основных подполей: телеоперации и телеприсутствия .

Дистанционное управление [ править ]

Дистанционное управление указывает на работу машины на расстоянии. По смыслу он аналогичен словосочетанию «дистанционное управление», но обычно встречается в исследовательской, академической и технической среде. Чаще всего это связано с робототехникой и мобильными роботами, но может применяться к целому ряду обстоятельств, в которых устройством или машиной управляет человек на расстоянии. [1]

Early Telerobotics (Розенберг, 1992) ВВС США - система виртуальных приспособлений

Телеоперация - это наиболее стандартный термин, используемый как в исследовательских, так и в технических кругах для обозначения работы на расстоянии. Это противоположно « телеприсутствию », которое относится к подмножеству телероботических систем, сконфигурированных с иммерсивным интерфейсом, так что оператор чувствует себя присутствующим в удаленной среде, проецируя свое присутствие через удаленного робота. Одной из первых систем телеприсутствия, которая позволяла операторам ощущать присутствие в удаленной среде всеми основными органами чувств (зрение, звук и осязание), была система Virtual Fixture , разработанная в Исследовательских лабораториях ВВС США.в начале 1990-х гг. Система позволяла операторам выполнять сложные задачи (вставлять колышки в отверстия) удаленно, так что оператор чувствовал, как будто он или она вставляет колышки, хотя на самом деле это был робот, удаленно выполняющий задачу. [2] [3] [4]

Telemanipulator (или телеоператорный ) представляет собой устройство , которое управляется дистанционно с помощью человека - оператора. В простых случаях командные действия управляющего оператора соответствуют непосредственно действиям в управляемом устройстве, как, например, в радиоуправляемой модели самолета или привязной глубоководной машине. Если из-за задержек связи прямое управление становится непрактичным (например, удаленным планетарным вездеходом) или желательно снизить нагрузку на оператора (как в случае с дистанционно управляемым шпионским или штурмовым самолетом), устройство не будет управляться напрямую, вместо этого ему будет дана команда следовать указанный путь. При повышении уровня сложности устройство может работать в некоторой степени независимо в таких вопросах, как уклонение от препятствий, что также обычно используется в планетоходах.

Устройства, позволяющие оператору управлять роботом на расстоянии, иногда называют телехнической робототехникой.

Двумя основными компонентами телеробототехники и телеприсутствия являются приложения для визуализации и управления. Удаленная камера обеспечивает визуальное представление вида с робота. Размещение роботизированной камеры в перспективе, обеспечивающей интуитивное управление, является недавней техникой, которая, хотя и основана на научной фантастике ( Роберт А. Хайнлайн , Waldo, 1942), не принесла плодотворных результатов, поскольку скорость, разрешение и полоса пропускания только недавно были адекватны задаче. осмысленного управления камерой робота. Используя дисплей , закрепленный на голове , можно упростить управление камерой, отслеживая положение головы, как показано на рисунке ниже.

Это работает только в том случае, если пользователь чувствует себя комфортно с задержкой системы, задержкой реакции на движения, визуальным представлением. Любые проблемы, такие как неадекватное разрешение, задержка видеоизображения, задержка в механической и компьютерной обработке движения и отклика, а также оптическое искажение из-за объектива камеры и объектива дисплея, установленного на голове, могут вызвать у пользователя ` ` болезнь симулятора '', т. Е. усугубляется отсутствием вестибулярной стимуляции с визуальным представлением движения.

Несоответствие между движениями пользователей, такими как ошибки регистрации, запаздывание реакции движения из-за чрезмерной фильтрации, недостаточное разрешение для небольших движений и низкая скорость, могут способствовать возникновению этих проблем.

Та же технология может управлять роботом, но тогда проблемы координации глаз и рук становятся еще более распространенными в системе, и напряжение или разочарование пользователя могут затруднить использование системы. [ необходима цитата ]

Тенденция к созданию роботов заключалась в минимизации степеней свободы, потому что это уменьшает проблемы с управлением. Недавние улучшения в компьютерах сместили акцент на большее количество степеней свободы, позволяя роботизированным устройствам, которые кажутся более интеллектуальными и более человечными в своих движениях. Это также позволяет более прямое дистанционное управление, поскольку пользователь может управлять роботом с помощью собственных движений . [5]

Интерфейсы [ править ]

Телероботический интерфейс может быть таким же простым, как обычный интерфейс MMK (монитор-мышь-клавиатура). Хотя это не иммерсивно, но стоит недорого. Телероботика, управляемая интернет-подключением, часто относится к этому типу. Ценной модификацией ММК является джойстик, который обеспечивает более интуитивную схему навигации для планарного движения робота.

В специализированных установках телеприсутствия используется головной дисплей с дисплеем с одним или двумя глазами, а также эргономично подобранный интерфейс с джойстиком и соответствующими кнопками, ползунком и элементами управления триггером.

Другие интерфейсы объединяют полностью иммерсивные интерфейсы виртуальной реальности и видео в реальном времени вместо компьютерных изображений. [6] Другим примером может быть использование всенаправленной беговой дорожки с иммерсивной системой отображения, чтобы робот приводился в движение идущим или бегающим человеком. Дополнительные модификации могут включать отображение объединенных данных, таких как инфракрасное тепловое изображение, оценка угроз в реальном времени или схемы устройств. [ необходима цитата ]

Приложения [ править ]

Пробел [ править ]

Концепция телероботических исследований НАСА HERRO (исследования человека с использованием робототехнических операций в реальном времени) [7]

За исключением программы « Аполлон» , большая часть космических исследований проводилась с помощью телероботических космических зондов . Например, большая часть космической астрономии проводится с помощью телероботических телескопов . Например, российская миссия Луноход-1 направила на Луну дистанционно управляемый марсоход, который управлялся в реальном времени (с задержкой по световой скорости 2,5 секунды) людьми-операторами на земле. В программах исследования планет с помощью роботов используются космические аппараты, которые программируются людьми на наземных станциях, что, по сути, обеспечивает телероботические операции с длительной задержкой. Недавние примечательные примеры включают марсоходы для исследования Марса (MER) иМарсоход Curiosity . В случае миссии MER космический корабль и марсоход работали по сохраненным программам, причем водители марсохода на земле программировали ежедневную работу. Международная космическая станция (МКС) использует двурукую telemanipulator под названием Декстр . Совсем недавно на космическую станцию ​​был добавлен робот-гуманоид Робонавт [8] для проведения телероботических экспериментов.

НАСА предложило использовать высокопроизводительные телероботические системы [9] для исследования планет в будущем с помощью исследования человеком с орбиты. В концепции исследования Марса, предложенной Лэндисом , можно было бы выполнить миссию-предшественницу на Марс , в которой человеческое транспортное средство доставит экипаж на Марс, но останется на орбите, а не приземлится на поверхности, в то время как высокопроизводительный удаленный робот будет работать в режиме реального времени. время на поверхности. [10]Такая система выйдет за рамки простой робототехники с длительной задержкой и перейдет в режим виртуального телеприсутствия на планете. Одно исследование этой концепции, концепция "Исследование человека с использованием роботизированных операций в реальном времени" (HERRO), показало, что такая миссия может быть использована для исследования широкого спектра планетных направлений. [7]

Дистанционное присутствие и видеоконференцсвязь [ править ]

iRobot Ava 500, автономный робот удаленного присутствия в роуминге.

Распространение высококачественной видеоконференцсвязи с использованием мобильных устройств, планшетов и портативных компьютеров привело к резкому росту числа роботов телеприсутствия, которые помогают лучше почувствовать удаленное физическое присутствие для общения и совместной работы в офисе, дома, школе и т. Д., Когда это невозможно. быть там лично. Аватар робота может двигаться или оглядываться по команде удаленного человека. [11] [12]

Существуют два основных подхода, которые используют видеоконференцсвязь на дисплее: 1) настольные роботы телеприсутствия - обычно устанавливают телефон или планшет на моторизованную настольную подставку, чтобы удаленный человек мог осматриваться в удаленной среде, панорамируя и наклоняя дисплей или 2) управляемые роботы телеприсутствия - обычно содержат дисплей (встроенный или отдельный телефон или планшет), установленный на базе для роуминга. Некоторые примеры настольных роботов телеприсутствия включают Kubi от Revolve Robotics, Galileo от Motrr и Swivl. Некоторые примеры роботов телеприсутствия в роуминге включают Beam от подходящих технологий, Double от Double Robotics, RP-Vita от iRobot.и InTouch Health, Anybots, Vgo, TeleMe от Mantarobot и Romo от Romotive. Более современные роботы телеприсутствия в роуминге могут иметь возможность работать автономно. Роботы могут составлять карту пространства и избегать препятствий, перемещаясь между комнатами и док-станциями. [13]

Традиционные системы видеоконференцсвязи и залы телеприсутствия обычно предлагают камеры панорамирования / наклона / масштабирования с удаленным управлением. Возможность удаленного пользователя поворачивать голову устройства и естественно оглядываться во время встречи часто рассматривается как самая сильная особенность робота телеприсутствия. По этой причине разработчики создали новую категорию настольных роботов телеприсутствия, которые сосредоточились на этой самой сильной функции для создания гораздо более дешевого робота. Настольные роботы телеприсутствия, также называемые роботами «голова и шея» [14], позволяют пользователям осматриваться во время встречи и достаточно малы, чтобы их можно было переносить с места на место, что устраняет необходимость в удаленной навигации. [15]

Некоторые роботы телеприсутствия очень полезны для детей с хроническими заболеваниями, которые не могли регулярно посещать школу. Новейшие инновационные технологии могут объединять людей и позволяют им оставаться на связи друг с другом, что значительно помогает им преодолевать одиночество. [16]

Морские приложения [ править ]

Морские дистанционно управляемые аппараты (ROV) широко используются для работы в воде, слишком глубокой или слишком опасной для дайверов. Они ремонтируют морские нефтяные платформы и прикрепляют к затонувшим кораблям тросы для их подъема. Обычно они прикрепляются тросом к центру управления на надводном корабле. Место крушения « Титаника» было исследовано с помощью ROV, а также судном с экипажем.

Телемедицина [ править ]

См. Также: Удаленная хирургия и Медицинский робот

Кроме того, проводится множество телероботических исследований в области медицинских устройств и малоинвазивных хирургических систем. С помощью роботизированной хирургической системы хирург может работать внутри тела через крошечные отверстия, достаточно большие для манипулятора, без необходимости открывать грудную полость, чтобы руки могли войти внутрь.

Роботы аварийного реагирования и правоохранительные органы [ править ]

NIST поддерживает набор стандартов тестирования, используемых для систем экстренного реагирования [17] и правоохранительных органов. [18] [19]

Другие приложения [ править ]

Дистанционные манипуляторы используются для работы с радиоактивными материалами.

Телероботика использовалась в инсталляциях ; Telegarden - это пример проекта, в котором пользователи управляли роботом через Интернет.

См. Также [ править ]

  • Астроботические технологии
  • Dragon Runner , военный робот, созданный для городских боев
  • Луноход
  • Медицинский робот
  • Военный робот
  • Автомобиль дистанционного управления
  • Дистанционный манипулятор
  • Робонавт
  • Смарт-устройство
  • Дух
  • Робот-снегоочиститель
  • UWA Telerobot

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Корли, Энн-Мари (сентябрь 2009 г.). «Реальность роботов-суррогатов» . Spectrum.ieee.com . Проверено 19 марта 2013 года .
  2. Перейти ↑ Rosenberg, LB (1992). «Использование виртуальных устройств в качестве перцептивных наложений для повышения производительности оператора в удаленных средах». Технический отчет AL-TR-0089, Лаборатория Армстронга USAF, База Райт-Паттерсон, Огайо, 1992 .
  3. Перейти ↑ Rosenberg, LB (1993). «Виртуальные приспособления: перцептивные наложения для телероботических манипуляций». В Proc. IEEE Annual Int. Симпозиум по виртуальной реальности (1993) : стр. 76–82 ,.
  4. ^ Розенберг, Луи Б. «Виртуальные устройства как инструменты для повышения производительности оператора в средах удаленного присутствия» . Телеманипуляторная техника и космическая телероботика . (1993) DOI : 10,1117 / 12,164901 .
  5. ^ Миллер, Натан и др. « Захват движения с помощью инерционного зондирования для неограниченной телеоперации гуманоидов ». Роботы-гуманоиды, 2004 4-я Международная конференция IEEE / RAS по. Vol. 2. IEEE, 2004.
  6. ^ Бурдеа, Григоре К. « Приглашенный обзор: синергия между виртуальной реальностью и робототехникой ». IEEE Transactions по робототехнике и автоматизации 15.3 (1999): 400-410.
  7. ^ а б Шмидт, Г. Р.; Ландис, Джорджия; Олесон, SR "Миссии HERRO на Марс и Венеру с использованием телероботических исследований с орбиты" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 13 мая 2013 года . Проверено 15 ноября 2012 года . ; см. также: Oleson, SR; Ландис, Джорджия; McGuire, M .; Шмидт, GR (2012). «Миссии HERRO на Марс с использованием телероботических исследований поверхности с орбиты» (PDF) . Журнал Британского межпланетного общества . Архивировано из оригинального (PDF) 17 февраля 2013 года. , и HERRO (по состоянию на 15 ноября 2012 г.)
  8. ^ "Домашняя страница Робонавта" . НАСА . Проверено 27 мая 2011 года .
  9. ↑ Адам Манн, « Почти находиться там: почему будущее освоения космоса - это не то, что вы думаете» , Wired , 11.12.12 (по состоянию на 15 ноября 2012 г.)
  10. ^ Г. А. Лэндис, "Дистанционное управление с орбиты Марса: предложение для исследования человеком", Acta Astronautica, Vol. 61, No. 1, pp 59-65; представлен в виде документа IAC-04-IAA.3.7.2.05, 55-й Конгресс Международной астронавтической федерации, Ванкувер, Британская Колумбия, 4–8 октября 2004 г.
  11. ^ Рик Лербаум - InfoWeek, « Атака роботов телеприсутствия », «InfoWeek», 01.11.13 (по состоянию на 8 декабря 2013 г.)
  12. ↑ Джейкоб Уорд, « Я - босс роботов », «Popular Science», 28.10.13
  13. ^ Хониг, Зак. «Телеприсутствие на карте iRobot Ava 500 выходит сейчас на рынок (обновление: 69 500 долларов !!)» . Engadget . Проверено 4 июля 2014 года .
  14. ^ Джон Биггс, " Tech Crunch - Revolve Robotics анонсирует Kubi, установку телеприсутствия, которая работает как ваша шея ", "Tech Crunch", декабрь 2012 г.
  15. ^ Сэнфорд Дикерт и Дэвид Малдоу, эсквайр, « Журнал параметров телеприсутствия - состояние отрасли в сфере роботизированного телеприсутствия », «Параметры телеприсутствия», лето 2013 г. (по состоянию на 8 декабря 2013 г.)
  16. ^ Робот телеприсутствия, дети с длительными заболеваниями. «Роботы телеприсутствия помогают хронически больным детям поддерживать социальные и академические связи в школе» . робохаб . Калифорнийский университет в Ирвине, сентябрь 2016 года . Проверено 6 сентября 2019 .
  17. ^ «Роботы аварийного реагирования» .
  18. ^ «Стандартные методы тестирования для роботов с ответом» . Инженерная лаборатория NIST . Дата обращения 4 июня 2020 .
  19. ^ "Стандарты Подкомитета ASTM E54.09 для роботов-ответчиков" .

Внешние ссылки [ править ]

  • Библиография телероботики и телепистемологии, составленная Кеном Голдбергом для Леонардо / ISAST
  • Статья Джона Маркова «Босс - робот, и он скатывается за вами» в The New York Times 4 сентября 2010 г.
  • Почти быть там: почему будущее освоения космоса - это не то, что вы думаете Адам Манн в журнале Wired, 11 декабря 2012 г.