HUMAN CONTROL OF COOPERATING ROBOTS

Advances in robotic technologies and artificial intelligence are allowing robots to emerge fromresearch laboratories into our lives. Experiences with field applications show that we haveunderestimated the importance of human-robot interaction (HRI) and that new problems arise inHRI as robotic technologies expand. This thesis classifies HRI along four dimensions - human,robot, task, and world and illustrates that previous HRI classifications can be successfullyinterpreted as either about one of these elements or about the relationship between two or moreof these elements. Current HRI studies of single-operator single-robot (SOSR) control andsingle-operator multiple-robots (SOMR) control are reviewed using this approach.Human control of multiple robots has been suggested as a way to improve effectiveness inrobot control. Unlike previous studies that investigated human interaction either in low-fidelitysimulations or based on simple tasks, this thesis investigates human interaction with cooperatingrobot teams within a realistically complex environment. USARSim, a high-fidelity game-enginebasedrobot simulator, and MrCS, a distributed multirobot control system, were developed forthis purpose. In the pilot experiment, we studied the impact of autonomy level. Mixed initiativecontrol yielded performance superior to fully autonomous and manual control.To avoid limitation to particular application fields, the present thesis focuses on commonHRI evaluations that enable us to analyze HRI effectiveness and guide HRI design independentlyof the robotic system or application domain. We introduce the interaction episode (IEP), whichwas inspired by our pilot human-multirobot control experiment, to extend the Neglect ToleranceHUMAN CONTROL OF COOPERATING ROBOTSJijun Wang, Ph.D.University of Pittsburgh, 2007vmodel to support general multiple robots control for complex tasks. Cooperation Effort (CE),Cooperation Demand (CD), and Team Attention Demand (TAD) are defined to measure thecooperation in SOMR control. Two validation experiments were conducted to validate the CDmeasurement under tight and weak cooperation conditions in a high-fidelity virtual environment.The results show that CD, as a generic HRI metric, is able to account for the various factors thataffect HRI and can be used in HRI evaluation and analysis

Introduction de critères ergonomiques dans un système de génération automatique d’interfaces de supervision

The ecological interface design is composed of two steps, a work domain analysis and a transcription of the information of the work domain into ecological representation (Naikar, 2010). This kind of design showed his effectiveness for the supervision of complex system (Burns, 2008). Nevertheless, Vicente (2002) highlighted two issues, the long design time and the difficulties to translate with a formal way a work domain into ecological representation. Moreover, he doesn’t exist a formal tool of validation for a work domain. Several tools and works allow to be comfortable in the possibility to find some solution (Functional methodology (Liu et al, 2002), TMTA (Morineau, 2010) and Anaxagore (Bignon, 2012). We propose several answers at the issue: how formalize the design of an ecological interface in order to reduce the time and effort linked to the design? The first proposition is a tool of verification of model of work domain based on a simulation by TMTA. The second bring thanks to a second version of the Anaxagore flow, an integration of the works of Liu et al (2002) with the principle of the ecological library of ecological widget linked to a scheme of input of high level. Based on the work domain of a fresh water system in a ship, an ecological interface has been implemented and validated experimentally. This interface has been compared with a conventional interface also generated by Anaxagore. The results show that the ecological interface promotes a biggest numbers of coherent ways in the work domain. This kind of interface also promotes a better accuracy of the diagnostic for the operators using the ecological interface.La conception d’interface écologique se décompose en deux étapes, une analyse du domaine de travail et une retranscription des informations du domaine en des représentations écologiques (Naikar, 2010). Ce type de conception a montré son efficacité pour la supervision de système complexe (Burns, 2008). Cependant, Vicente (2002) a pointé deux lacunes le temps de conceptions très long et la difficulté à transcrire de manière formalisée un domaine de travail en des représentations écologiques. De même, il n’existe pas d’outil formel de validation de domaine de travail. Dans ce manuscrit, nous proposons plusieurs réponses à la question : comment formaliser la conception d’une interface écologique, afin de réduire le temps et les efforts liés à la conception ? La première proposition est un outil de vérification de modèle de domaine de travail basé sur la méthode TMTA (Morineau, 2010). La seconde apporte, au travers d’une deuxième version du flot Anaxagore (Bignon, 2012), une intégration des travaux de Liu et al (2002) avec le principe d’une bibliothèque de widgets écologiques associée à un schéma d’entrées de haut niveau. Sur la base du domaine de travail d’un système d’eau douce sanitaire à bord d’un navire, une interface écologique a été implémentée et validée expérimentalement. Cette interface a été comparée à une interface conventionnelle générée également par le flot Anaxagore. Les résultats montrent que les interfaces écologiques favorisent un plus grand nombre de parcours cohérents dans un domaine de travail. Elles favorisent également une meilleure précision du diagnostic pour les opérateurs utilisant les interfaces écologiques

Introduction de critères ergonomiques dans un système de génération automatique d'interface de supervision

The ecological interface design is divided into two stages, an analysis of the domainwork and a transcript of the working area of ​​information ecological representations(Naikar, 2010). This design has proven effective in overseeing complex system (Burns,2008). However, Vicente (2002) pointed to two key gaps, long design time anddifficulty to transcribe formalized way of a working area in a set of representationsecological. Similarly, there is no formal validation tool working area. The literatureoffers no concrete solutions nevertheless tracks as the translation methodology of a fieldworking in graphic representations proposed by Liu et al (2002), the TMTA tool on a simulatedtask in a work area (Morineau, 2010), and the stream of semi-automated design Anaxagoras(Bignon, 2012), allow you to be confident about the ability to find solutions.In this manuscript, we propose several answers to the question: how to formalizedesign of an ecological interface, reducing the time and effort associated with the design? The firstproposal is a domain model verification tool working on the basis of a simulation TMTA.The second brings, through a second version of the flood Anaxagoras, integrating Liu workset al (2002) with the principle of ecological widget library associated with a high input schemalevel. Based on the work area of ​​a sanitary fresh water system on board a ship, an interfaceEco has been implemented and validated experimentally. This interface was compared with aConventional interface also generated by the flow Anaxagoras. The results show that the interfacesEcological promote a more consistent course in a field of work. Theyalso promote better diagnostic accuracy for operators using interfacesecological.La conception d’interface écologique se décompose en deux étapes, une analyse du domaine detravail et une retranscription des informations du domaine de travail en des représentations écologiques(Naikar, 2010). Ce type de conception a montré son efficacité pour la supervision de système complexe (Burns,2008). Cependant, Vicente (2002) a pointé deux lacunes principales, le temps de conception très long et ladifficulté à transcrire de manière formalisée un domaine de travail en un ensemble de représentationsécologiques. De même, il n’existe pas d’outil formel de validation de domaine de travail. La littérature nepropose pas de solutions concrètes néanmoins des pistes comme la méthodologie de traduction d’un domainede travail en représentations graphiques proposée par Liu et al (2002), l’outil TMTA sur la simulation d’unetâche dans un domaine de travail (Morineau, 2010), et le flot de conception semi-automatisé Anaxagore(Bignon, 2012), permettent d’être confiant sur la possibilité de trouver des solutions.Dans ce manuscrit, nous proposons plusieurs réponses à la question : comment formaliser laconception d’une interface écologique, afin de réduire le temps et les efforts liés à la conception ? La premièreproposition est un outil de vérification de modèle de domaine de travail sur la base d’une simulation par TMTA.La seconde apporte, au travers d’une deuxième version du flot Anaxagore, une intégration des travaux de Liuet al (2002) avec le principe d’une bibliothèque de widgets écologiques associée à un schéma d’entrées de hautniveau. Sur la base du domaine de travail d’un système d’eau douce sanitaire à bord d’un navire, une interfaceécologique a été implémentée et validée expérimentalement. Cette interface a été comparée avec uneinterface conventionnelle générée également par le flot Anaxagore. Les résultats montrent que les interfacesécologiques favorisent un plus grand nombre de parcours cohérents dans un domaine de travail. Ellesfavorisent également une meilleure précision du diagnostic pour les opérateurs utilisant les interfacesécologiques