A Multipurpose Interface for Close- and Far-Proximity Control of Mobile Collaborative Robots

要約

このレターでは、モバイル協働ロボット (MCR) を制御するための革新的な視覚触覚インターフェイスを紹介します。
パッシブ着脱機構により、インターフェースはロボットに着脱可能で、ローカルコントロール（装着）と遠隔操作（装着）の2つの制御モードを提供します。
これらのモードはロボットの全身コントローラーと統合され、MCR 用の統合された近接および遠距離制御フレームワークで提供されます。
このインターフェースにおける触覚コンポーネントの早期導入により、ユーザーはアドミタンス型制御を介して複雑な運動操作タスクを実行できるようになり、タスクのダイナミクスを効果的に切り離し、人間の能力を向上させることができました。
対照的に、この進行中の研究では、視覚的なコンポーネントを統合した斬新なデザインが提案されています。
この設計は、遠隔操作に Visual-Inertial Odometry (VIO) を利用し、ステレオ カメラと慣性測定ユニット (IMU) を通じてインターフェイスの姿勢を推定します。
推定された姿勢は、遠隔操作モードにおけるロボットのエンドエフェクターの基準として機能します。
したがって、このインターフェイスは完全な柔軟性と適応性を提供し、あらゆるユーザーが専門知識を必要とせずに MCR をシームレスに操作できるようにします。
このレターでは、主に新しいビジュアル機能に焦点を当て、最初にさまざまな VIO ベースの遠隔操作方法のパフォーマンス評価を示します。
次に、ホームケア アプリケーションでインターフェイスの使いやすさが分析され、市販の MoCap システムによって設計された代替品と比較されます。
結果は、精度、完了時間、使いやすさの点で同等のパフォーマンスを示しています。
それにもかかわらず、提案されたインターフェイスは低コストであり、ウェアラビリティの制約が最小限であり、外部デバイスや追加の機器を必要とせずにいつでもどこでも使用でき、遠隔操作のための多用途でアクセス可能なソリューションを提供します。

要約(オリジナル)

This letter introduces an innovative visuo-haptic interface to control Mobile Collaborative Robots (MCR). Thanks to a passive detachable mechanism, the interface can be attached/detached from a robot, offering two control modes: local control (attached) and teleoperation (detached). These modes are integrated with a robot whole-body controller and presented in a unified close- and far-proximity control framework for MCR. The earlier introduction of the haptic component in this interface enabled users to execute intricate loco-manipulation tasks via admittance-type control, effectively decoupling task dynamics and enhancing human capabilities. In contrast, this ongoing work proposes a novel design that integrates a visual component. This design utilizes Visual-Inertial Odometry (VIO) for teleoperation, estimating the interface’s pose through stereo cameras and an Inertial Measurement Unit (IMU). The estimated pose serves as the reference for the robot’s end-effector in teleoperation mode. Hence, the interface offers complete flexibility and adaptability, enabling any user to operate an MCR seamlessly without needing expert knowledge. In this letter, we primarily focus on the new visual feature, and first present a performance evaluation of different VIO-based methods for teleoperation. Next, the interface’s usability is analyzed in a home-care application and compared to an alternative designed by a commercial MoCap system. Results show comparable performance in terms of accuracy, completion time, and usability. Nevertheless, the proposed interface is low-cost, poses minimal wearability constraints, and can be used anywhere and anytime without needing external devices or additional equipment, offering a versatile and accessible solution for teleoperation.

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