הרובוטים של תגובה חירום הפכו לנכסים חיוניים בתרחישים אסון החל מהתמוטטות מבנית ושריפות מזוורות ועד לספידים כימיים ותאונות גרעיניות.יעילותם, אך לא רק על כוח גולמי או חיישנים מתקדמים אלא על כיוונים הפיזיים של הרובוט - הצורה, הגודל, הניידות והממשק הקובעים כיצד הוא אינטראקציה עם הסביבה והמפעיל האנושי שלו (HFE), המשמעת שעונה על ידי שיטות ניתוח קוגניטיבי, היא יעילה יותר, אלא על ידי עיצובית, אשר משפיע על ידי מערכת הפעלה אישית, אשר תרחיבה של מערכות הפעלה של מערכות הפעלה של מערכות הפעלה של מערכות הפעלה של מערכות ניהולית של תאים של תאים של תאים של תאים ואפקטים, מאשר על ידי מערכת העצבים של מערכות ניהוליתות, אשר יכולות עיצוביתות, אשר יכולות עיצוביתות, מאשר על ידי מערכת הפעלה מחדש של מערכות הפעלה מחדש של מערכות ניהוליתות, מאשר על ידי מערכת הפעלה של מערכות הפעלה של מערכות הפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות הפעלה מחדש של מערכות הפעלה מחדש של מערכות הפעלה מחדש של מערכות הפעלה מחדש של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות הפעלה מחשביחות, מאשר שיטות הפעלה של מערכות הפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות הפעלה מחשביחות, אשר יכולות מחשביחות, מאשר שיטות פעולה עם

יסודות של הנדסה של גורמים אנושיים ב- Robotics

הנדסה של גורמים אנושיים היא ביסודה על התאמת הטכנולוגיה לאדם, לא האדם לטכנולוגיה.בהקשר של תגובה חירום, שבו מפעילי מתמודדים עם לחץ קיצוני, עייפות ולחץ זמן, שולי השגיאה הוא razor-thin. HFE שואב ידע מפסיכולוגיה קוגניטיבית, ביומכניקה, עיצוב תעשייתי, ואינטראקציה אנושית כדי ליצור מערכות אינטואיטיביות, שגיאות סובלניות, ושימוש פיזי נוח.

עבור רובוטים חירום, HFE מתייחס לשלוש תחומים עיקריים:

  • (FLT:0) ארגונומיה קוגניטיבית: קיד 1 (Quph:1) עיצוב ממשקי בקרה ומערכות משוב שמתאימות למודלים הנפשיים של המפעיל, תהליכי קבלת ההחלטות, ומגבלות תשומת הלב.לדוגמה, הקונסולה של שיתוף פעולה חייבת להציג את המזינים של המצלמה, נתוני החיישן, ואזהרות הסטטוס ללא מחץ מכריע את המפעיל או גורם חזון מנהרה קוגניטיבי.
  • (FLT:0 פיזיולוגים: ergonomy: FevolveLT:1) הבטחת האינטראקציות הפיזיות של המפעיל עם הרובוט - בין אם באמצעות שמחה, בקרות גוף או תביעה אקסוסקלית - הן טבעיות, נוחות, ולהפחית את המתח במהלך פעולות ארוכות.זה כולל שיקולים של הגעה, כוח, יציבה, ותנועה חוזרת.
  • (FLT:0) ארגונומיה של ארגונומיה: קידמ"ד:1 חשבונאות לתנאים הקיצוניים שבהם בני האדם פועלים רובוטים, כגון חום, רעש, רטט, וחשיפה מוגבלת, ועיצוב ממשק רובוט אנושי להישאר פונקציונליים וגלויים תחת אותם לחצים.

השילוב של תחומים אלה לתוך עיצוב התגלמות הוא לא אחד של רשימת זמן אבל תהליך של פיגור הדורש מוקדם ומעורבות מתמשכת עם משתמשי קצה - מכבי אש, צוותי חיפוש והצלה, מומחים חומרים מסוכנים - אשר תובנות מעצבות את הצורה הפיזית של הרובוט ולשלוט בהגיון.

עיצוב אמברמנטלי מפתח מושפע HFE

גורם טפסים: גודל, צורה ואינטראקציה אנושית

הממדים הפיזיים והגיאומטריה של רובוט חירום משפיעים ישירות על האופן שבו הוא מועבר, פרוס, ומתמרן באמצעות פסולת. HFE דורש שהרובוט יהיה קטן מספיק כדי להיכנס למרחבים הדוקים (למשל, בניינים התמוטטים, הרס רכב) אך גדול מספיק כדי לשאת עומסים נחוצים לעמוד בסביבה מחוסמת מדי.

חוקרי גורמים אנושיים הראו כי מפעילי מעדיפים רובוטים עם גורם צורה המספק תחושה אינטואיטיבית של אוריינטציה - לדוגמה, חזית מוגדרת בבירור ובחזרה, עם סמנים חזותיים המצביעים על הכיוון של הנסיעה.זה מפחית את הניתוק במהלך פעולה מרחוק. רובוטים דמויי נחש או tread-oriented עם לחץ קרקע נמוך מדגימים את גורמי הצורה המונעים של HFE: הם יכולים לטשטש באמצעות פערים צרים תוך שמירה על יציבות, ונותנים על הגוף החזותי שלהם על תכונות.

יתר על כן, המשקל של הרובוט חייב להיות מנוהל עבור צוותים של תחבורה אנושית. צוותי הצלה לעתים קרובות צריך לשאת רובוטים לאתר האסון, כך HFE קובע כי הרובוט יהיה אור ככל האפשר ללא הקרבה של עמידות. משקל אור עדיין חומרים חזקים, כמו פחמן מרוכבים או פולימרים עמידים בפני השפעה, הם עכשיו סטנדרטיים בעיצובים כי עדיפות כוח וטיפול ארגונומי.

ממשקי בקרה: אינפורמטיביות ועומס קוגניטיבי

ממשק הבקרה הוא ככל הנראה האלמנט הקריטי ביותר של עיצוב התגלמות.רובוטים חירום מטלטופס מסתמכים על קלט אנושי בזמן אמת, והממשק חייב לתרגם את כוונותיו של המפעיל לפעולות רובוטיות עם שקיפות מינימלית ובהירות מקסימלית.

HFE הוביל לפיתוח של תוכניות בקרה אינטואיטיביות יותר, כולל:

  • (FLT:0) נשלטת לעומת שליטה בעמדה: אנדרל 1 (כאשר עקירת שמחה קובעת מהירות) היא לעתים קרובות המועדפת על תנועה רציפה, בעוד שליטה במיקומים (שם הרובוט נשאר בזווית הצוורה) תומכת במניפולציה טובה. HFE מחקר ממליץ על מצב היברידי כי המפעיל יכול לעבור בין בהתאם למשימה.
  • (FLT:0Gesture and Body Monitoring:FLT:1 Systems אשר משתמשת תנועות הגוף הטבעי של המפעיל - כגון הסתמכות על להפוך את הרובוט או הרמת הזרוע כדי להרחיב את המנדר - חנך זמן אימון ולשפר את מהירות התגובה. לדוגמה, מערכת שיתוף הפעולה של אוניברסיטת מישיגן עבור אתגר הרובוטיקה של DARPA השתמש בלבוש לא רצוי כי מתאים את התנועה על הרובוטיקה.
  • (FLT:0) משובי ההאטה: 1FLT:1 בקרים הנקה כוח-כוח מאפשר למפעילים "להרגיש" מכשולים, שינויי שטח, ומשקל האובייקטים שמניחו.מחקרים הראו כי משוב גלקטי מפחית באופן משמעותי את ההתנגשות והאירועים של קצה במהלך פעולות חיפוש-והצלת.

העיצוב של הממשק חייב גם להתאים רמות שונות של מומחיות המפעילה.ה.ה.ההנחיות של HFE לממשק שכבתי: מפעילי הטירוף מקבלים פקודות פשוטות, ברמה גבוהה (למשל, "לעבור לנקודת מוצא"), בעוד מומחים יש גישה ישירה לשליטה ברמת משותפת. גישה זו, המכונה אוטונומיה סלייד, היא תוצאה ישירה של גורמים אנושיים במערכות תעופה וצבאיות.

מיקום חיישן: Maximizing מצב התודעה

רובוטים חירום מסתמכים על חבילת חיישנים – הפות, LIDAR, תמונות תרמיות, גלאי גז, מיקרופון – כדי לתפוס את הסביבה.המיקום שלהם על התגלמות הרובוט הוא לא רק החלטה של אריזה אלא אתגר HFE הקובע את היכולת של המפעיל לקבל תחושה של הסצנה.

עקרונות מיקום חיישן ה-HFE מעודכנים כוללים:

  • (ב) פרספקטיבה של פורמולר: 1 (FLT:1) יש לרכוב את המצלמה הראשית על גובה וכיוון התואמים לקו הטבעי של האדם של הראייה.אם הרובוט פועל במבנה התמוטט, המצלמה חייבת להסתכל קדימה ומעט למטה, ולעצב כיצד אדם יסתכל סביב.
  • (FLT:0) שדות תצוגה מרהיבים וחפיפה: ⁇ 1) מצלמות מרובות שהונחו לחסל כתמים עיוורים, עם יכולות רחבות ומחבת-טר-זום. HFE מחקר מצביע על כך שהמפעילים יעילים יותר כאשר הם יכולים לעבור בין "מבט על תא" (מנקודת המבט של הרובוט) ו"מבט עין של ציפור" (התתתתתקבלו על ידי יכולת פעולה או אחורית), שכעת היא מתקדמת במצלמה משותפת.
  • (FLT:0) רמזים של חקירה: FLT:1Build מיקרופוןs on the Robot to ללכוד צלילים סביבתיים (למשל, מים זורמים, שוברים זכוכית, שיחות אנושיות) ולהעביר אותם באופן בינארי אל ההתחלה של המפעיל משפר את המידע הניקוד.
  • (FLT:0) אינדיקטורים וויזואליים של מצב המערכת: FIRLT:1 חיישנים כגון נורות LED או תצוגות בעלות נתונים נמוכים אחרים על הרובוט עצמו עוזר למפעיל או אנשי צוות סמוכים להעריך במהירות את מצב הרובוט (למשל, רמת סוללות, מצב אשמה) ללא התבוננות במסך, צמצום המעבר הקוגניטיבי.

בסופו של דבר, המיקום והאוריינטציה של כל חיישן חייבים להיות רציונליים מבחינת המידע שהוא מספק למפעיל אנושי וכיצד ניתן לשלב את המידע הזה במודל נפשי קבוע של סצנת האסון.

מערכות ניידות: טרהין הסתגלות ושליטה באופרה

שיטת ההשבחה של הרובוט – גלגלים, מסלולים, רגליים או שילוב – יש לבחור על בסיס השטח הצפוי במקרי חירום (גלגל, בוץ, שלג, מדרגות, מרחבים מוגבלים) ממלא תפקיד בשתי דרכים: מערכת הניידות חייבת להיות יציבה וצפויה מנקודת מבטו של המפעיל, והיא חייבת לאפשר מעברים חלקיים בין פני השטח מבלי לדרוש מאמץ נפשי מופרז מנקודת המבט האנושית.

רובוטים עוקבים הם פופולריים בגלל היכולת שלהם לחצות הריסות לטפס על מכשולים, אבל הם יכולים להיות קשה לנווט בדיוק בחללים מוגבל. HFE מחקר הוביל לפיתוח של אמנותיות פעילה - שבו הרובוט יכול להרים את המסלולים הקדמיים שלו או להפוך את מרכז הכבידה שלו - בשילוב עם בקרה פשוטה המפעילה כי חלק מיצירות האמנות (למשל, כפתור יחיד עבור "מדורגת" מספר זה חייב להפחית את השליטה הנוכחית של הניחה.

רובוטים רגליים, כמו בוסטון Dynamics' Spot, מציעים ניידות שטח יוצאת דופן אבל דורשים אלגוריתמים שליטה מתוחכמת כדי לשמור על איזון.עבור המפעיל האנושי, HFE דורש כי ה- gait של הרובוט יהיה צפוי וכי ממשק הבקרה לספק משוב ברור על יציבות (למשל, נקודות מגע חזותיות, נקודות מגע קרקעיות, מטוות) ללא משוב כזה, מפעילי מדווחים על אפקט "דם עמוק" שבו הם לא בטוחים אם הרובוטים יתר על פני, הוא גורם שגיאות, הוא גורם שגיאות.

HFE גם מודיע עיצוב ממשק הבקרה לניידות: במקום פקודות נפרדות עבור כל מנוע, קלט חד פעמי בדרך כלל שולט קדימה / בחזרה / חזרה, עם מנוע מנוע מנוע ניהול מחשב לוח של רובוט כדי להשיג את ההצעה הרצויה.זה "פקדת כוח" היא יישום ישיר של גורמים אנושיים כדי להפחית עומס קוגניטיבי.

תהליך עיצוב אנושי ממוקד עבור רובוטים תגובה חירום

התפתחות עיצוב ההתגלמות האפקטיבי לא מתרחשת במקרה.זה דורש תהליך עיצוב אנושי מרכזי (HCD) מובנה, כפי שתואר ב- ISO 9241, מותאם לרוב הרובוטיקה.

1.הקשר של ניתוח שימוש

מעצבים חייבים להתבונן ולראיין את המשיבים הראשונים כדי להבין את המשימות הספציפיות, התנאים הסביבתיים, ואת מגבלות המפעילים.לדוגמה, לוחם אש המפעיל רובוט בבניין בוער עשוי להיות כפפות עבות, לקויות על ידי עשן, תחת לחץ זמן חמור.הקשר זה מכתיב דרישות עבור גודל כפתור שליטה, שינוי קקטוס, והצגת ניגוד ראייה.

דרישות המשתמש מפרט

ברגע שההקשר ברור, הדרישות הופכות לתכונות ספציפיות של התגלמות: "הרובוט יהיה מסוגל לטפס על קו Incline 45 מעלות תוך ביצוע מטען של 10 ק"ג" או "המנהל יוכל ליזום סריקה תרמית עם כפתור אחד." HFE מוסיף דרישות כמו "ממשק הבקרה יספק משוב כאשר מניפולטור מגע אובייקט כדי להפחית עומס קוגניטיבי".

מבחן Prototyping and Iterative Testing

קידוד מהיר - שימוש בפגזים מודפסים 3D, קונסולות בקרה לעג, וסימולציה - מאפשר הערכה מוקדמת של מושגי התגלמות עם מגיבים בפועל.לאה זה עוזר לזהות בעיות כגון מיקום חיישן מביך, מחסום לא מוקרן לקו ההפעלה של הראייה, או פריסת בקרה שמובילה פקודות לא מכוונות.

4.שימושיות הערכה

בדיקות שימושיות עם משימות ייצוגיות (למשל, ניווט קורס שפשף, איתור ניצול, מניפולציה של שסתום) מדדי ביצועים - זמן השלמת משימות, שיעור שגיאה, עומס עבודה (NASA-TLX), ותוצאות המפעילות מניעות את הזיכיונות העיצוב הסופיים לפני הפריסה.T של שיטות בדיקה סטנדרטיות עבור רובוטים להתנגשות (AS E28 כולל גורמים ספציפיים כגון מעברים לתיקון HFE ל"מתאים" לקריטריונים אוטומטיים" של "מתאים" ל" ל" (F) ל"לתקן "ניתוח אוטומטי" (RIRSTT" (S) לקריטריונים של שיטות מבחן סטנדרטיים"מתאים" (S" (S) לקריטריונים של מספר כפולים" (F) לקריטריונים של מספר כפולים" (S) לקריטריונים של מספר בדיקות טיפוליים"לתקן פרוטוקולי תיבות של מספר בדיקות תיקון מהיר יותר לתקנות של הרובוטיים" (p" (p) ל" (S) כדי לתקנות טיפוליים" (p) כדי ל" (p) כדי לתקנות של מספר בדיקות מבחן סטנדרטיים"מתאים ל" (p) כדי לתקנות ברירת מחדל עבור שיטות בדיקה סטנדרטיים") כדי לתקנות ברירת מחדל"מתאים ל"מתאים"מ

מחקרים: HFE בפעולה במהלך אסון אמיתי

Fukushima Daiichi תאונה גרעינית (2011)

בעקבות הצונאמי, רובוטים מ- iRobot, QinetiQ ויצרנים אחרים הוצבו כדי לבדוק מבנים כורים. רובוטים מוקדמים עומדים בפני אתגרים חמורים: הגרסאות המוקשות של קרינה היו כבדות וקשה לתמרן באמצעות נקודות גישה צרות, וממשקי בקרה שנועדו לסביבות נקיות הוכיחו לא מעשי לחץ, כולל מפעילי ה-Facactortactortware, ועושים שימוש בבקרים עם ידיים ממושכות יותר.

11 בספטמבר – מרכז הסחר העולמי לחיפוש והצלה

בעקבות 9/11, רובוטים חירום מוקדם כמו Inuktun Micro-Track שימשו לחקור רִיק בערימה השפשף.הרובוטים היו קטנים (גודל) אבל המפעילים הדגישו קשיים בשמירה על הכיוון, כי הנקה המצלמה נתן תחושה לא ברורה של מגרש הרובוט ו- Yaw. התגובה HFE הייתה להוסיף קווים חזותיים, רמה מבוססת מדמ"מ, ו"מכיוון חיפוש משותף"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ" הציגהת"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מוכיח"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מכיוון שהפך"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מחדש"מחדש" את כל"מ"מ"מ"מ"מחדש" את כל ה-"משימתו"משימתומשימתומ"מ"מ"ה"ה"הת"משימתו"מ"מ"ה"משימתו"מ"מ"מ

אתגרים ב Integrating HFE לתוך עיצוב Embodiment

למרות יתרונות ברורים, הטמעת עקרונות HFE לתוך התגלמות רובוט היא מכוונת עם עצירות ומכשולים.

רובנס מול חוסר יכולת

רובוטים חירום חייבים לשרוד תנאים קיצוניים - חום, מים, הלם, קרינה.הפיכתם לעתים קרובות מוסיפה משקל, להפחית את שכר, וסיבוכים מיקום חיישן.לדוגמה, דיור מוקשה קרינה עשוי להגביל את זווית העלייה של המצלמה או לדרוש חומרים עבה יותר שהופכים את הרובוטי לגדול יותר. HFE החוקרים חייבים לעבוד בשיתוף פעולה הדוק עם מהנדסי מכונות וחשמל כדי למצוא פשרות שלא לפגוע בנו.

אפשרויות ל-Opertor Skills

רובוטים חירום משמשים מגוון רחב של מפעילים, ממומחים אשר מתאמנים במשך שבועות למתנדבים עם ניסיון מינימלי.עיצוב יחיד של מגלם ושליטה ממשק כי משביעיפי שני הקיצוניים הוא קשה. ממשקים הסתגלותיים - שבו רמת האוטומציה והשליטה בגרנריות להסתגל לביצועים המפעילים - הם פתרון HFE מבטיח, אבל הם מוסיפים מורכבות לתוכנה הרובוטית ועלולים להיות פחות צפויים במהלך השימוש הראשון.

סטנדרט לעומת התאמה אישית

פריסות בקרה סטנדרטיות (למשל, שמחת מקל שנותרה לתרגום, נכון לסיבוב) להפחית את זמן האימון על פני פלטפורמות רובוט שונות, אבל הם עשויים לא להיות אופטימליים עבור כל סוג משימה. תרחישים אסון מסוימים דורשים תוכניות בקרה מיוחדות (למשל, עבור מניפולציה כלי חיתוך לעומת הפעלת זרוע רובוטית).

אחריות אנושית בתנאים גבוהים

אפילו את ההתגלמות ארגונומית ביותר ניתן לערער על ידי פאניקה, עייפות, או hypervigilance. HFE חייב לתכנן עבור המדינה האנושית הגרועה ביותר, שילוב מנגנונים עמידים על שגיאות, בקרה לא בטוחה, והתנהגויות חירום אוטומטיות (למשל, הפסקה על אובדן תקשורת) עם זאת, הוספת תכונות בטיחות אוטומטיות רבות מדי יכול להטריד מומחים שמרגישים "מחצוח" של שליטה אסטרטגית זה הוא נושא רגישה.

כיוונים עתידיים: HFE-Driven Innovations in Embodiment Design

ממשקים יצירתיים וחכמים

למידת מכונות יכולה כעת לפקח על ביצועי המפעילה ועל עומס העבודה, ולהתאמה דינמית של ממשק הבקרה - להגביר אותו כאשר המפעיל נמצא תחת לחץ גבוה, או לספק שליטה ישירה יותר כאשר המפעיל מנוסה ורוגע.ההתגלמות ההסתגלות הזו, שבו התגובה הפיזית של הרובוט וממשק משתנים בתגובה למצב האנושי, היא הגבול הבא.

מערכות בקרה

במקום קונסולה נפרדת, רובוטים עתידיים חירום עשויים להיות מופעלים באמצעות חיישנים בעלי גוף ו exoskeletons שממפה את התנועות הפיזיות של המפעיל ישירות לתנועות הרובוט.לדוגמה, רצועה זרוע עם משוב כוח יכול לתת למפעיל את התחושה של לתפוס אובייקט אם כי מפעיל הרובוט אינו נוח, אבל מערכת הגלימה הזו מטשטשת את הקו בין מכונה אנושית ופוטנציאלית, להפחית את העומס הקוגניטיבי, אך לא ניתן להוסיף את ה-HFEPA, אך לא מתאים, אבל הוא גם כן, אבל הוא גם כן, אבל הוא מסוגל להוסיף את העייפות, אך הוא כמו גם כן, אך אינו יכול להוסיף את ה-DFEPA, אך הוא מסוגל להוסיף את המערכת.

Autonomy משותף ו- Human-Robot Teaming

HFE יהיה תפקיד מרכזי בעיצוב של התגלמות המאפשר שיתוף פעולה אנושי אמיתי-רובוט במקום שיתוף פעולה מלא, הרובוט עשוי להיות בעל יכולות אוטונומיות (למשל, תכנון נתיב, מכשול) אבל מצמצם החלטות ברמה גבוהה לאדם.ההתגלמות חייבת לתמוך בתקשורת נקייה, לחץ נמוך של כוונה: לדוגמה, רובוט שיכול "נקודת אינטראקציה" בפוטנציאל, ואז להמתין לתפקוד של תפקוד גוף אנושי לפני שהוא מפגין צבע או מפגין כוח אדם.

סווממים Embodiment and Collective Feedback

באסונות בקנה מידה גדול, רובוטים מרובים עשויים להיות פרוסים בו זמנית.מפעילים אנושיים לא יכולים לשלוט בכל אחד בנפרד. עקרונות HFE חייבים להרחיב את העיצוב של ממשקי מלחמה אנושיים, שבו המפעילה נושאים פקודות ברמה גבוהה (למשל, "מחקר זה המגזר") ואת האמפולציה של הרובוטים על אזור ריכוז ובקרה באופן אוטומטי.

מסקנה

הנדסה של גורמים אנושיים אינה תוספת אופציונלית לתכנון של רובוטים תגובה חירום - היא מכריעה בסיסית של ההצלחה שלהם.מההחלטות המוקדמות ביותר על טופס גורם חיישן הסדר לתכנון הסופי של ממשקי בקרה ומנגנוני משוב, HFE מבטיח כי הרובוט הופך להיות הרחבה טבעית של המפעילה האנושית, ולא מכונה זרה הדורשת מאמץ קוגניטיבי ופיזי מופרז.