718 research outputs found

    Towards Semi-Autonomous Robotic Arm Manipulation Operator Intention Detection from Forces Feedback

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    In harsh environments such as those found in nuclear facilities, the use of robotic systems is crucial for performing tasks that would otherwise require human intervention. This is done to minimize the risk of human exposure to dangerous levels of radiation, which can have severe consequences for health and even be fatal. However, the telemanipulation systems employed in these environments are becoming increasingly intricate, relying heavily on sophisticated control methods and local master devices. Consequently, the cognitive burden on operators during labor-intensive tasks is growing. To tackle this challenge, operator intention detection based on task learning can greatly enhance the performance of robotic tasks while reducing the reliance on human effort in teleoperation, particularly in a glovebox environment. By accurately predicting the operator's intentions, the robot can carry out tasks more efficiently and effectively, with minimal input from the operator. In this regard, we propose the utilization of Convolutional Neural Networks, a machine learning approach, to learn and forecast the operator's intentions using raw force feedback spatiotemporal data. Through our experimental study on glovebox tasks for nuclear applications, such as radiation survey and object grasping, we have achieved promising outcomes. Our approach holds the potential to enhance the safety and efficiency of robotic systems in harsh environments, thus diminishing the risk of human exposure to radiation while simultaneously improving the precision and speed of robotic operations

    Assisted Teleoperation in Changing Environments with a Mixture of Virtual Guides

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    Haptic guidance is a powerful technique to combine the strengths of humans and autonomous systems for teleoperation. The autonomous system can provide haptic cues to enable the operator to perform precise movements; the operator can interfere with the plan of the autonomous system leveraging his/her superior cognitive capabilities. However, providing haptic cues such that the individual strengths are not impaired is challenging because low forces provide little guidance, whereas strong forces can hinder the operator in realizing his/her plan. Based on variational inference, we learn a Gaussian mixture model (GMM) over trajectories to accomplish a given task. The learned GMM is used to construct a potential field which determines the haptic cues. The potential field smoothly changes during teleoperation based on our updated belief over the plans and their respective phases. Furthermore, new plans are learned online when the operator does not follow any of the proposed plans, or after changes in the environment. User studies confirm that our framework helps users perform teleoperation tasks more accurately than without haptic cues and, in some cases, faster. Moreover, we demonstrate the use of our framework to help a subject teleoperate a 7 DoF manipulator in a pick-and-place task.Comment: 19 pages, 9 figure

    Adaptive Shared Autonomy between Human and Robot to Assist Mobile Robot Teleoperation

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    Die Teleoperation vom mobilen Roboter wird in großem Umfang eingesetzt, wenn es für Mensch unpraktisch oder undurchführbar ist, anwesend zu sein, aber die Entscheidung von Mensch wird dennoch verlangt. Es ist für Mensch stressig und fehleranfällig wegen Zeitverzögerung und Abwesenheit des Situationsbewusstseins, ohne Unterstützung den Roboter zu steuern einerseits, andererseits kann der völlig autonome Roboter, trotz jüngsten Errungenschaften, noch keine Aufgabe basiert auf die aktuellen Modelle der Wahrnehmung und Steuerung unabhängig ausführen. Deswegen müssen beide der Mensch und der Roboter in der Regelschleife bleiben, um gleichzeitig Intelligenz zur Durchführung von Aufgaben beizutragen. Das bedeut, dass der Mensch die Autonomie mit dem Roboter während des Betriebes zusammenhaben sollte. Allerdings besteht die Herausforderung darin, die beiden Quellen der Intelligenz vom Mensch und dem Roboter am besten zu koordinieren, um eine sichere und effiziente Aufgabenausführung in der Fernbedienung zu gewährleisten. Daher wird in dieser Arbeit eine neuartige Strategie vorgeschlagen. Sie modelliert die Benutzerabsicht als eine kontextuelle Aufgabe, um eine Aktionsprimitive zu vervollständigen, und stellt dem Bediener eine angemessene Bewegungshilfe bei der Erkennung der Aufgabe zur Verfügung. Auf diese Weise bewältigt der Roboter intelligent mit den laufenden Aufgaben auf der Grundlage der kontextuellen Informationen, entlastet die Arbeitsbelastung des Bedieners und verbessert die Aufgabenleistung. Um diese Strategie umzusetzen und die Unsicherheiten bei der Erfassung und Verarbeitung von Umgebungsinformationen und Benutzereingaben (i.e. der Kontextinformationen) zu berücksichtigen, wird ein probabilistischer Rahmen von Shared Autonomy eingeführt, um die kontextuelle Aufgabe mit Unsicherheitsmessungen zu erkennen, die der Bediener mit dem Roboter durchführt, und dem Bediener die angemesse Unterstützung der Aufgabenausführung nach diesen Messungen anzubieten. Da die Weise, wie der Bediener eine Aufgabe ausführt, implizit ist, ist es nicht trivial, das Bewegungsmuster der Aufgabenausführung manuell zu modellieren, so dass eine Reihe von der datengesteuerten Ansätzen verwendet wird, um das Muster der verschiedenen Aufgabenausführungen von menschlichen Demonstrationen abzuleiten, sich an die Bedürfnisse des Bedieners in einer intuitiven Weise über lange Zeit anzupassen. Die Praxistauglichkeit und Skalierbarkeit der vorgeschlagenen Ansätze wird durch umfangreiche Experimente sowohl in der Simulation als auch auf dem realen Roboter demonstriert. Mit den vorgeschlagenen Ansätzen kann der Bediener aktiv und angemessen unterstützt werden, indem die Kognitionsfähigkeit und Autonomieflexibilität des Roboters zu erhöhen

    Sharing and Trading in a Human-Robot System

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    A robot learning method with physiological interface for teleoperation systems

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    The human operator largely relies on the perception of remote environmental conditions to make timely and correct decisions in a prescribed task when the robot is teleoperated in a remote place. However, due to the unknown and dynamic working environments, the manipulator's performance and efficiency of the human-robot interaction in the tasks may degrade significantly. In this study, a novel method of human-centric interaction, through a physiological interface was presented to capture the information details of the remote operation environments. Simultaneously, in order to relieve workload of the human operator and to improve efficiency of the teleoperation system, an updated regression method was proposed to build up a nonlinear model of demonstration for the prescribed task. Considering that the demonstration data were of various lengths, dynamic time warping algorithm was employed first to synchronize the data over time before proceeding with other steps. The novelty of this method lies in the fact that both the task-specific information and the muscle parameters from the human operator have been taken into account in a single task; therefore, a more natural and safer interaction between the human and the robot could be achieved. The feasibility of the proposed method was demonstrated by experimental results
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