Teleoperation of a robotic manipulator in peri-personal space: a virtual wand approach

要約

この論文は、6 つの自由度に沿ってロボット アームを遠隔操作するというよく知られた問題を扱っています。
この問題に対する一般的かつ最も効果的なアプローチには、ユーザーの動きを反映したロボットのエンドエフェクターの動きを強制する、位置間の直接マッピングが含まれます。
ロボットがオペレーターの近くに立つという特定のケースでは、このアプローチの代替手段があります。
1980 年代に利用されたヘッド ポインターからインスピレーションを得て、元々は四肢麻痺の人が限られた頭の動きで描画できるように設計されており、「仮想杖」マッピングを提案します。
これは、ハンドとロボットのエンドエフェクターの間に仮想剛体リンクを採用しています。
このアプローチでは、回転によりレバー アームを介して増幅された並進が生成され、「回転と位置」の結合が形成されます。
このアプローチでは、回転スペースが減少しますが、変換ワークスペースは拡張されます。
仮想ワンドのアプローチと、6-DoF 到達タスクの実現による 1 対 1 の位置マッピングを比較します。
結果は、2 つの異なるマッピングが比較的良好なパフォーマンスを示し、ユーザーから同様に好評であり、同様のモーター制御動作を示すことを示しています。
それにもかかわらず、仮想ワンド マッピングは、大きな移動と最小限のエフェクター回転を特徴とするタスクで優れたパフォーマンスを発揮すると予想されますが、直接マッピングは最小限の移動で大きな回転で利点を発揮すると予想されます。
これらの結果は、特に（手の代わりに）頭の動きを利用した障害者支援において、新しいインタラクションとインターフェースへの道を開きます。
大幅な回転を伴う身体部分を活用することで、標準的な直接結合インターフェイスでは以前は実行不可能と考えられていたタスクを達成できる可能性があります。

要約(オリジナル)

The paper deals with the well-known problem of teleoperating a robotic arm along six degrees of freedom. The prevailing and most effective approach to this problem involves a direct position-to-position mapping, imposing robotic end-effector movements that mirrors those of the user. In the particular case where the robot stands near the operator, there are alternatives to this approach. Drawing inspiration from head pointers utilized in the 1980s, originally designed to enable drawing with limited head motions for tetraplegic individuals, we propose a ‘virtual wand’ mapping. It employs a virtual rigid linkage between the hand and the robot’s end-effector. With this approach, rotations produce amplified translations through a lever arm, creating a ‘rotation-to-position’ coupling. This approach expands the translation workspace at the expense of a reduced rotation space. We compare the virtual wand approach to the one-to-one position mapping through the realization of 6-DoF reaching tasks. Results indicate that the two different mappings perform comparably well, are equally well-received by users, and exhibit similar motor control behaviors. Nevertheless, the virtual wand mapping is anticipated to outperform in tasks characterized by large translations and minimal effector rotations, whereas direct mapping is expected to demonstrate advantages in large rotations with minimal translations. These results pave the way for new interactions and interfaces, particularly in disability assistance utilizing head movements (instead of hands). Leveraging body parts with substantial rotations could enable the accomplishment of tasks previously deemed infeasible with standard direct coupling interfaces.

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