Interakce člověka s robotem: pokročilá úkolově orientovaná rozhraní pro neodborné uživatele
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract
Poslední roky přinesly rostoucí trend nasazení robotů v nových aplikacích, kde se od nich očekává nejen práce vedle lidí, ale skutečná spolupráce na společných komplexních úlohách. K umožnění blízké, bohaté a přirozené interakce člověka s robotem, bude nutné podstatně rozšířit schopnosti současných robotických systémů. Dále již nebude docházet k interakci jen mezi roboty v bezpečnostních klecích a experty na jejich programování. Stále častěji budou interagovat s~bezpečnými spolupracujícími roboty uživatelé bez odborných znalostí z oblasti robotiky, s různorodým vzděláním a zkušenostmi. Úžasně složitá zařízení, kterými dnešní roboti jsou, se tak stanou ještě složitějšími, což představuje zásadní výzvu pro návrh jejich uživatelských rozhraní. Cílem této práce je zkoumat a vyvinout řešení umožňující blízkou interakci mezi neodbornými uživateli a komplexními roboty. Výzkum byl zaměřen na dvě oblasti robotiky: asistenční servisní a průmyslové spolupracující roboty. Ačkoliv se tyto dvě oblasti vyznačují odlišnými požadavky, pro návrh interakce mezi člověkem a~robotem je možné použít podobné principy. Nedostatky stávajících přístupů jsou řešeny návrhem nové metody pro úlohově zaměřenou interakci. Nejvýznamější aspekty metody jsou využití smíšené reality, autonomních funkcí robota, komunikace vnitřního stavu robota, kontextová citlivost a použití modalit vhodných pro danou úlohu. Pro obě oblasti zaměření výzkumu bylo na základě metody navrženo a implementováno uživatelské rozhraní. Obě rozhraní byla úspěšně ověřena s neodbornými uživateli, kteří díky nim byli schopni úspěšně spolupracovat s robotem na složitých úlohách. Publikovaná ověření rozhraní prokazují, že realizovaná metoda významně zlepšuje blízkou interakci mezi člověkem a robotem, která s dosavadními přístupy nebyla plně dosažitelná. Klíčové aspekty metody představují vodítko pro návrh uživatelských rozhraní v oblasti spolupracujících robotů.
Recent years brought a growing trend of deploying robots in novel applications where they are not only supposed to co-exist with and work next to humans but to actually closely collaborate with them on shared complex tasks. Capabilities of the robotic systems need to be substantially expanded in order to make the close, rich as well as natural human-robot interaction possible. Indeed, the interaction will not only happen between caged robots and highly specialized experts any more. More and more often, it will interconnect safe and interactive robots with non-expert users with various background. Consequently, the amazingly complex machines, that the current robots are, will become even more complex. This poses further challenges for the design of their user interfaces. The objective of this thesis is to research and develop solutions for the close interaction between non-expert users and complex robots. The research was done in two different contexts: assistive service and industrial collaborative robots. Although these two domains have diverse requirements, related concepts could be used when designing the human-robot interaction. To cope with limitations of the current approaches, a novel method for task-centered interaction has been proposed. The most important aspects of the method are the utilization of mixed reality and robot-integrated capabilities, communication of the robot's inner state, context sensitivity, and usage of task-appropriate modalities. For each of the two mentioned domains, a user interface was designed and implemented. Both interfaces were successfully evaluated with non-expert users, who were able to carry out non-trivial tasks in cooperation with a robot. The reported evaluation provides an evidence that the realized method significantly improves the close human-robot interaction, which had not been entirely possible with previous approaches. The method's key characteristics provide guidelines for new designs of next user interfaces in the collaborative robotics.
Recent years brought a growing trend of deploying robots in novel applications where they are not only supposed to co-exist with and work next to humans but to actually closely collaborate with them on shared complex tasks. Capabilities of the robotic systems need to be substantially expanded in order to make the close, rich as well as natural human-robot interaction possible. Indeed, the interaction will not only happen between caged robots and highly specialized experts any more. More and more often, it will interconnect safe and interactive robots with non-expert users with various background. Consequently, the amazingly complex machines, that the current robots are, will become even more complex. This poses further challenges for the design of their user interfaces. The objective of this thesis is to research and develop solutions for the close interaction between non-expert users and complex robots. The research was done in two different contexts: assistive service and industrial collaborative robots. Although these two domains have diverse requirements, related concepts could be used when designing the human-robot interaction. To cope with limitations of the current approaches, a novel method for task-centered interaction has been proposed. The most important aspects of the method are the utilization of mixed reality and robot-integrated capabilities, communication of the robot's inner state, context sensitivity, and usage of task-appropriate modalities. For each of the two mentioned domains, a user interface was designed and implemented. Both interfaces were successfully evaluated with non-expert users, who were able to carry out non-trivial tasks in cooperation with a robot. The reported evaluation provides an evidence that the realized method significantly improves the close human-robot interaction, which had not been entirely possible with previous approaches. The method's key characteristics provide guidelines for new designs of next user interfaces in the collaborative robotics.
Description
Citation
MATERNA, Z. Interakce člověka s robotem: pokročilá úkolově orientovaná rozhraní pro neodborné uživatele [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Výpočetní technika a informatika
Comittee
Date of acceptance
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení