Camera Frame Misalignment in a Teleoperated Eye-in-Hand Robot: Effects and a Simple Correction Method

要約

カメラ フレームとオペレータ フレーム間の位置ずれは遠隔操作システムでよく見られ、通常は操作パフォーマンスを低下させます。
このような位置ずれの影響は、内視鏡手術などの限られたスペースで小型化を図るためにエンドエフェクター (ハンド) にカメラ (目) を取り付けたシステムであるアイ・イン・ハンド システムでは十分に調査されていません。
本論文は、遠隔操作のアイ・イン・ハンドロボットにおけるカメラフレームの位置ずれの影響について系統的に研究し、ビュー表示における簡単な補正方法を提案する。
シミュレーションは、さまざまな条件下での位置ずれの影響を比較するように設計されています。
ユーザーは、さまざまなレベルのずれをシミュレートしながら、遠隔操作によって剛体を初期位置から指定された目標位置まで移動するように求められます。
入力モーションと出力ビューの間のずれは、逆方向 (～20 秒) に比べて、直交方向 (～40 秒) の場合、オペレーターが補正するのがはるかに難しいことがわかります。
また、実物のアイ・イン・ハンド構成の同心円筒ロボットの実験も行っています。
ユーザーはロボットを遠隔操作してピックアンドプレイスタスクを完了するように求められます。
結果は、補正を有効にすると、完了時間 (平均 40.6%、中央値 38.6%)、軌跡の長さ (平均 34.3%、中央値 28.1%)、難易度 (50.5%) の点で操作パフォーマンスが大幅に向上したことを示しています。
不安定（49.4%）、精神的ストレス（60.9%）。

要約(オリジナル)

Misalignment between the camera frame and the operator frame is commonly seen in a teleoperated system and usually degrades the operation performance. The effects of such misalignment have not been fully investigated for eye-in-hand systems – systems that have the camera (eye) mounted to the end-effector (hand) to gain compactness in confined spaces such as in endoscopic surgery. This paper provides a systematic study on the effects of the camera frame misalignment in a teleoperated eye-in-hand robot and proposes a simple correction method in the view display. A simulation is designed to compare the effects of the misalignment under different conditions. Users are asked to move a rigid body from its initial position to the specified target position via teleoperation, with different levels of misalignment simulated. It is found that misalignment between the input motion and the output view is much more difficult to compensate by the operators when it is in the orthogonal direction (~40s) compared with the opposite direction (~20s). An experiment on a real concentric tube robot with an eye-in-hand configuration is also conducted. Users are asked to telemanipulate the robot to complete a pick-and-place task. Results show that with the correction enabled, there is a significant improvement in the operation performance in terms of completion time (mean 40.6%, median 38.6%), trajectory length (mean 34.3%, median 28.1%), difficulty (50.5%), unsteadiness (49.4%), and mental stress (60.9%).

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