AeroHaptix: A Wearable Vibrotactile Feedback System for Enhancing Collision Avoidance in UAV Teleoperation

要約

触覚フィードバックは、無人航空機 (UAV) の遠隔操作中にオペレーターに方向性の障害物情報を提供することにより、衝突回避を強化します。
ただし、そのようなフィードバックは多くの場合、触覚ジョイスティックを介してレンダリングされますが、UAV オペレーターには馴染みがなく、単一方向の力のフィードバックに限定されます。
さらに、入力デバイスとフィードバック方法が直接結合しているため、オペレータの制御感覚が低下し、振動的な動きが発生します。
これらの制限を克服するために、私たちは、入力制御を妨げることなく、空間振動を使用して複数の障害物の方向をオペレーターに同時に伝えるウェアラブル触覚フィードバック システムである AeroHaptix を提案します。
振動触覚アクチュエータのレイアウトは、知覚のバイアスを排除し、均一な空間範囲を達成するために、知覚研究によって決定されました。
新しいレンダリング アルゴリズム MultiCBF は、コントロール バリア機能を拡張して多方向フィードバックをサポートします。
私たちのシステム評価では、ベースライン条件と比較して、AeroHaptix によって衝突の数と入力の不一致が効果的に減少したことがわかりました。
さらに、オペレータは、同等の作業負荷と状況認識において、AeroHaptix がフォース フィードバック方式よりも有用であると報告しました。

要約(オリジナル)

Haptic feedback enhances collision avoidance by providing directional obstacle information to operators during unmanned aerial vehicle (UAV) teleoperation. However, such feedback is often rendered via haptic joysticks, which are unfamiliar to UAV operators and limited to single direction force feedback. Additionally, the direct coupling between the input device and the feedback method diminishes an operators’ sense of control and causes oscillatory movements. To overcome these limitations, we propose AeroHaptix, a wearable haptic feedback system that uses spatial vibrations to communicate multiple obstacle directions to operators simultaneously, without interfering the input control. The layout of vibrotactile actuators was determined via a perceptual study to eliminate perceptual biases and achieve uniform spatial coverage. A novel rendering algorithm, MultiCBF, extends control barrier functions to support multi-directional feedback. Our system evaluation showed that compared to the baseline condition, AeroHaptix effectively reduced the number of collisions and input disagreement. Additionally, operators reported that AeroHaptix was more helpful than the force feedback method, with comparable workload and situational awareness.

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