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、オペレーターの制御感覚が低下し、振動的な動きが誘発されます。
これらの制限を克服するために、私たちは空間振動を使用して入力制御を妨げることなく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、知覚研究によって最適化されました。
新しいレンダリング アルゴリズム MultiCBF は、多方向フィードバックをサポートするコントロール バリア機能を拡張しました。
私たちのシステム評価では、フィードバックがない状態と比較して、AeroHaptix は衝突と入力の不一致の数を効果的に削減したことがわかりました。
さらに、オペレーターは、AeroHaptix の方が状況認識が向上し、同等の作業負荷が得られるため、フォース フィードバックよりも役に立ったと報告しました。

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 operators’ sense of control and induces oscillatory movements. To overcome these limitations, we propose AeroHaptix, a wearable haptic feedback system that uses spatial vibrations to simultaneously communicate multiple obstacle directions to operators, without interfering with their input control. The layout of vibrotactile actuators was optimized via a perceptual study to eliminate perceptual biases and achieve uniform spatial coverage. A novel rendering algorithm, MultiCBF, extended control barrier functions to support multi-directional feedback. Our system evaluation showed that compared to a no-feedback condition, AeroHaptix effectively reduced the number of collisions and input disagreement. Furthermore, operators reported that AeroHaptix was more helpful than force feedback, with improved situational awareness and comparable workload.

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