Acil yanıt robotları, yapısal çöküşlerden ve vahşi yangınlardan kimyasal dökmelere ve nükleer kazalara kadar uzanan felaket senaryolarda vazgeçilmez varlıklar haline geldi. Ancak, robotun fiziksel embodiment üzerinde yalnızca insan yeteneklerini ve sınırlamalarını içeren disiplinler, fiziksel embodiment tasarımının nasıl şekillendirildiğini belirleyen şekil, boyut, mobilite ve arayüzler, ve robotun insan operatörlüğüne olan fiziksel kontrol yöntemlerine ve kontrol mekanizmalarına nasıl tepki vereceklerini ve bu şekilde inceler.

Robotik Faktörlerin Temelleri Mühendislik Robotik

İnsan Faktörleri Mühendisliği, teknolojiye temel olarak, kişiye teknolojiye uygun değildir. Yüksek riskli, yanlış ve zaman basıncı ile karşı karşıya olan sistemlerde, hata için marj razor-thin. HFE bilgi üzerine bilişsel psikoloji, biyomekanik, endüstriyel tasarım ve insan-bilgisayar etkileşimi üzerine çizilir.

Acil robotlar için HFE üç birincil alanla ilgilidir:

  • [FONT=0]Bilgesel ergonomikler: [Dönetici:[Dönetici:0)[Döneticileri ve geri bildirim sistemleri, operatörün zihinsel modelleriyle uyumlu olan kontrol arabirimleri ve geri bildirim sistemleri, karar verme süreçleri ve dikkat sınırları. Örneğin, bir teleoperatif konsolu, kamera beslemeleri, sensör verileri ve durum uyarıları işleten veya bilişsel tünel vizyonuna neden olmalıdır.
  • [FONT:0)Physical ergonomikler: [Dönetici: [Dönetici:0]Physical ergonomikler:[Dönetici:0)[Döneticileri, robotla fiziksel etkileşimleri – sevinçle, vücut-hazırık kontrolleri veya exoskeletsel elbiseler aracılığıyla – uzun süreli operasyonların doğal, rahat ve azaltılması.Bu, ulaşmak, kuvvet, duruş ve tekrarlayıcı hareket göz önünde bulundurulur.
  • [FONT:0)Environmental ergonomi: İnsanların robotları kullandığı aşırı koşullar için Muhasebe, ısı, gürültü, vibrasyon ve sınırlı görünürlük gibi ve insan-robot arayüzünü bu stres altında tutmak için tasarlayın.

Bu alanların embodiment tasarımına entegrasyonu, robotun fiziksel form ve kontrol mantığını gerektiren bir tek zamanlı kontrol listesi değildir.

Anahtar Embodiment Design Parametreleri HFE tarafından Etkilendi

Form Faktör: Boyut, Şekil ve İnsan Etkileşimi

Acil bir robotun fiziksel boyutları ve geometrisi, doğrudan nasıl taşındığını ve sağlam ortamlara karşı manevra yaptığını etkiler. HFE robotun sıkı alanlara girebilmesi için yeterince küçük olmasını talep eder (örneğin, çöktü binalar, araç enkazı) ancak gerekli para yüklerini taşımak ve sağlam ortamlara dayanabilecek kadar büyük olabilir. Dengeli form faktörü de operatörün uzaysal farkındalığını sürdürme yeteneğini etkiler; çok büyük bir blok görünümü hatları, görsel olarak izlemek çok küçükken çok küçük bir robotun da zor olabilir.

İnsan faktörleri araştırmacılar, operatörlerin robotları, sezgisel bir yönelim duygusu sağlayan bir form faktörüyle tercih ettiklerini gösterdiler - örneğin, net bir şekilde tanımlanmış bir cephe ve geri, seyahat operatörlerinin yönünü gösteren görsel işaretleyicilerle.Bu, uzaktan işlem sırasındaki yanlış anlamaları azaltır.

Dahası, robotun ağırlığı insan ulaşımı için yönetilmelidir. Kurtarma ekipleri genellikle robotları felaket sitesine taşımak zorundalar, böylece HFE, robotun dayanıklılık olmadan mümkün olduğu kadar hafif olması gerektiğini belirtir.

Kontrol Interfaces: Intuitiveness and Cognitive Load

Kontrol arayüzü muhtemelen embodiment tasarımının en kritik unsurdur. Teleoperatif acil robotlar gerçek zamanlı insan girişine güveniyor ve arayüz operatörün en az geç ve en yüksek netlik ile robot eylemlerine yönelik niyetleri tercüme etmelidir. Geleneksel sevinçli kontrolörler, tanıdıkken, karmaşık ortamlarda karmaşık ortamlarda olabilir, yüksek bilişsel yük ve operatör hatasına yol açabilir.

HFE, dahil olmak üzere daha sezgisel kontrol sistemlerinin geliştirilmesini sağlamıştır:

  • [FONT:0]Rate- kontrollü pozisyon kontrol edilene karşı kontrol edilir: Puan kontrolü (kıtlık değişkenliği hız belirler) genellikle sürekli hareket için tercih edilirken, pozisyon kontrolü (barın bağlı olarak kaldığı yerde) iyi bir manipülasyonu sağlar. HFE araştırma, operatör görevine bağlı olarak geçiş yapabilir.
  • [FONT:0]Gesture ve vücut izleme: Operat Robotu dönüştürmek veya bir manipülatör geliştirmek için bir kol yükseltmek gibi - örneğin, Michigan'ın teleoperatif sistemini kullanan sistemler, operatörün doğal vücut hareketlerini kullanarak - robotu dönüştürmek veya bir kolu yükseltmek için bir kol geliştirmek için.
  • [FONT:0)Haptic geri bildirim:[Dönetici:0)[Döneticileri, operatörlerin “feel” engellere, arazi değişikliklerine ve manipüle edilen nesnelerin ağırlığına izin verenler göstermiştir. Araştırmalar, haptik geri bildirimin arama ve kurtarma operasyonları sırasındaki kaza ve yol açma olayları önemli ölçüde azaltdığını göstermiştir.

arayüzün tasarımı da operatör uzmanlığının farklı seviyelerini karşılamalıdır. HFE yönergeleri bir katmanlı arayüz için savunuyor: acemi operatörler basitleştirilmiş, üst düzey komutlar (örneğin, “önemli kontrole doğrudan erişim sağlarken).

Sensör Yeri: Durumsal Farkındalık

Acil robotlar bir sensör paketine güveniyor – kameraeras, LIDAR, termal görüntüler, gaz detektörleri, mikrofonlar – çevreyi algılamak için. Robotun embodiment'e yerleştirmeleri sadece bir paket kararı değil, operatörün sahneyi anlama yeteneğini belirleyen bir HFE meydan okumasıdır.

Anahtar HFE-informel sensör yerleştirme ilkeleri şunları içerir:

  • [FONT:0]Operator'un perspektifi:[Dönetici:[Dönetici:0) Temel kamera, insanî bir bakış açısına karşılık gelen bir yükseliş ve yönelime monte edilmelidir.Eğer robot çökmüş bir yapıda çalışırsa, kamera ileriye ve biraz aşağı bakmak gerekir, bir insan nasıl bir bakış açısına bakar.
  • [FONT:0] Redplacet ve görünüşe göre örtüşme alanları:[Dönetici:0) Birçok kamera kör noktaları ortadan kaldırmak için yerleştirilen, geniş ekran ve pan-tilt-zoom yetenekleri ile. HFE araştırma, operatörlerin “küphesiz bir görünüm” (kücretten) ve “kuşun bakış açısı arasında geçiş yapabilmeleri için daha etkili olduğunu gösterir.
  • [FONT:0]Denetmenler: [Dönetici: [Dönetici: 0] Robotda çevre sesleri yakalamak için mikrofonları yakalamak (örneğin, su koşmak, camları kırmak, insan aramaları) ve onları alıcının başının aşırı yukarı doğrultmasını sağlamak. Auditory bilgi, kamera beslemesinde görünmez tehlikelere karşı uyarılabilir.
  • [FONT:0) Sistem statüsünün gerçek göstergeleri: Bir ekrana bakmadan, LED ışıklar veya robotun kendisi üzerindeki diğer düşük seviyeli görüntüler, operatörü veya yakın personel hızla robotun durumunu değerlendirmeye yardımcı olur (örneğin, batarya seviyesi, hata durumu)

Sonuçta, her sensörün konumu ve yönelimi, insan operatörüne sağladığı bilgi açısından rasyonelleştirilmelidir ve bu bilginin felaket sahnenin eşgüdümlü bir zihinsel modeline nasıl entegre edilebilir.

Hareketli Sistemler: Terrain Adaptability and Operator Control

Robotun duygusallık yöntemi – parçaları, bacakları veya bir kombinasyonu kullanarak – acil durumlarda beklenen arazilere göre seçilmiş olmalıdır (köpek, mud, kar, merdivenler, sınırlı boşluklar). HFE iki şekilde bir rol oynar: mobilite sistemi operatörün bakış açısından istikrarlı ve öngörülebilir olmalıdır ve insandan aşırı zihinsel çaba gerektiren farklı yüzeyler arasında pürüzsüz geçişlere izin vermelidir.

Tracked robotlar, engellerin kaldırılması ve engellerin yükselmesi nedeniyle popülerdir, ancak tam olarak sınırlı alanlarda yönlendirmeyi zorlaştırabilirler. HFE araştırması, aktif sanata girişlerin gelişimini azaltmıştır - robotun cephelerini yükseltebilir veya yerçekimi merkezini dönüştürebilir - bazı sanatsallaştırma kontrolleri otomatikleştirmelidir (örneğin, “en üst düzey tırmanma modu”).

Boston Dynamics' Spot gibi, olağanüstü arazi hareketliliği sunmak ama insan operatörü için sofistike kontrol algoritmaları gerekir, HFE robotun tahmin edilebilir olmasını ve kontrol arayüzünün stabilite hakkında net bir geri bildirim sağladığını iddia eder (örneğin, görsel zemin temas noktaları, eğim metre).

HFE ayrıca, her motor için ayrı komutlar yerine, tek bir sevinç girişi genellikle robotun istenen hareket elde etmek için kişisel motor hızlarını yönetmek için üst düzeye çıkar.Bu “velocity komut planı”, bilişsel yükü azaltmak için doğrudan bir uygulamadır.

Acil Yanıt Robotları için İnsan merkezli Tasarım Süreci

Etkili embodiment tasarımının gelişimi kazayla gerçekleşmiyor. yapısal bir insan merkezli tasarım (HCD) süreci, ISO 9241'de belirtildiği gibi, robotik için uygun olarak, süreç genellikle dört aşama içeriyor:

1. Use Analysis

Tasarımcılar ilk yanıtlayıcıları belirli görevleri, çevresel koşulları ve operatör kısıtlamaları anlamalı ve bir yanan bir binadaki bir robotu çalıştırarak, sigara içerek ve ciddi zaman basıncıyla rahatsız edebilir.Bu bağlamda kontrol düğmesi için gereksinimleri belirler ve görsel kontrast.

2. Kullanıcı Gereksinimleri

bağlam açık olduğunda, gereksinimler belirli bir embodiment özelliklerine dönüştürülür: “ Robot, operatörlüğü azaltmak için 45 derecelik bir geri yüklemeye muktedir olacaktır.” veya “ operatörün tek bir düğme basını ile bir termal tarama başlatabilecektir.” HFE, “kontrolel kontaktları bilişsel yükü azaltmak için bir nesne sağlayacaktır.”

3. Prototipleme ve Iterative Test

Hızlı prototipleme – 3D baskılı kabuklar, ters kontrol konsolları ve simülasyonu – gerçek yanıtlarla embodiment konseptlerinin erken değerlendirilmesine yardımcı olur; Bu iteratif döngü, garip bir sensör yerleştirme, beklenmedik bir şekilde operatörlüğün çizgisine yol açan bir engel olarak algılanmasına yardımcı olur. Örneğin, ilk prototipleri iRobot PackBot ana kamerayı çok düşüktü; geri bildirimden sonra, geri bildirimden sonra, ciddi bir şekilde geliştirici durumu farkındalığını artırmak için taşındı.

4. Usability Evaluation

Formal usability testing with representation (e.g., navigating a rubble course, bir valfi manipüle etmek) performans ölçümleri - zaman, hata oranı, iş yükü (NASA-TLX), ve operatör yorgunluk. Sonuçlar dağıtım yapmadan önce son tasarımlarını artırmak için gerekli olan test yöntemleri (ASTM E2853), “zamanı sıkı bir geçiş için robotu uyumlu hale getirmek için robotu dengelemek için zaman ve “işman düzeltmeleri” gibi belirli insan faktörlerini içerir.

Vaka Çalışmaları: Gerçek Afetler sırasında Eylemde HFE

Dai Fukushimaichi Nükleer Kaza (2011)

tsunamiden sonra, iRobot'tan robotlar, QinetiQ ve diğer üreticiler reaktör binalarını denetlemek için kullanıldılar. Erken robotlar ciddi zorluklarla karşı karşıya kaldı: radyasyon destekli versiyonlar, sabit erişim noktaları aracılığıyla manevrak için ağır ve kontrol arabirimleri, daha büyük, daha fazla tactile düğmeleri dahil etmek için tasarlanmış, yüksek çözünürlükli diskleri kullanarak güvenli bir şekilde yapılandırmak için gerekli olan kontrol noktalarına ihtiyaçlar için doğrudan kontrol etmek için gerekli olan 5 adet sabit yükleme sistemi ile kontrol noktalarına ihtiyaçlar.

11 Eylül Dünya Ticaret Merkezi Arama ve Kurtarma

11 Eylül’ün ardından, Inuktun Micro-Track gibi erken acil robotlar, rubble ayağında boşlukları araştırmak için kullanıldı. Robotlar küçük (ist-boyutlu) ancak kamera beslemesi, robotun tüm teleoperatif arama robotlarının belirsiz bir hissi verdi ve yaw. HFE yanıtı görsel ufuk hatları eklemek için kullanıldı, hız göstergeleri ve “ev” bir yönelim ekranıydı.

HFE'yi Embodiment Design'a entegre etme meydanları

Açık faydalara rağmen, HFE prensiplerini robot embodimente gömmek, ticaret ve engellerle doludur.

Robustness Usability karşı

Acil robotlar aşırı koşullar altında hayatta kalmalı - ısı, su, şok, radyasyon. Onları sağlam sık sık ağırlık ekliyor, ücret yükü azaltır ve sensör yerleştirmesini zorlayabilir. Örneğin, bir radyasyon-solize konut kamera açısını sınırlandırabilir veya robot yığınını yapan kalın malzemeler gerektirebilir. HFE araştırmacıları, mekanik ve elektrik mühendisleriyle birlikte çalışabilmeli ve kullanılabilirlik operatörlüğümüzü çözemez.

Operatör Becerilerinde Variability in Operator Skills

Acil robotlar, uzun bir operatör yelpazesi tarafından kullanılır, haftalarca gönüllülere en az deneyimle tren veren uzmanlardan. Robotun yazılımına tek bir embodiment ve kontrol arayüzü tasarlar ve her iki aşırı kullanım sırasında daha az öngörülebilir olabilir. Adaptif arabirimler - otomasyon ve kontrol seviyesi operatör performansına ayarlandığında - umut verici bir HFE çözümünde, ancak robotun yazılımına karmaşıklık ve kontrol arayüzü ekleyebilirler.

Standartlaştırmaya karşı özelleştirme

Standartlaştırılmış kontrol düzeni (örneğin, çeviri için ayrılan sevinç, rotasyon için sağ) farklı robot platformlarında eğitim süresini azaltır, ancak her görev türü için en uygun olmayabilir. Bazı felaket senaryoları özel bir kontrol şemaları gerektirir (örneğin, bir kesme aracı vs. çalışır).

Yüksek performanslı Koşullarda İnsan Yenidenliği

En ergonomik embodiment bile operatör panjur, yorgunluk veya hipervigilasyon tarafından zayıflatılabilir. HFE en kötü durumdaki insan devleti için tasarımlıdır, acil robotlarda merkezi HFE araştırma konusudur.

Future: Embodiment Design'da HFE-Driven Innovations

Adaptif ve Akıllı Interfaces

Makine öğrenimi artık operatör performansını ve iş yükünü izleyebilir ve dinamik olarak kontrol arayüzünü ayarlayabilir - operatörün yüksek stres altında olduğunda veya operatörün deneyimlediği veya sakinleştiğinde daha doğrudan kontrol sağlayarak daha basitleştirir.Bu tür adaptive embodiment, robotun fiziksel yanıt ve arayüzü insan durumuna yanıt olarak değiştirir, bir sonraki sınır. Erken araştırma, neşe duyarlılığı veya kamerayı göz ardı eden veya kalp-yapabilirliğe veya kalp-yapabilirliğe dayalı olarak uyaraklama veya hata oranlarını %30'a kadar azaltabilir.

Giyilebilir Kontrol Sistemleri

Ayrı bir konsol yerine, gelecekteki acil robotlar, bir nesneyi kavrayabilmenin operatörüne ve makineyi haritalayan iskeletler aracılığıyla işletilebilir, örneğin, DARPA Savaşçısı ve diğerleri gibi bilişsel yükleri azaltır, ancak HFE, giyilebilir bir kişinin rahat olmasına ve operatörün makineyi bulanıklaştırmasına olanak sağlar.

Ortak Autonomy ve Human-Robot Takım

HFE, gerçek insan-robot işbirliğini kolaylaştıran embodiments tasarlamakta önemli bir rol oynayacaktır. Tam teleoperatif yerine, robotun otonom yetenekleri olabilir (örneğin, yol planlaması, sosyal engel) ancak insan için üst düzey kararlar vermesinden önce, düşük geri dönüş, jestlik veya renk değişiklikleri desteklemesi gerekir.

Swarm Embodiment ve Kolekt

Büyük ölçekli afetlerde, birden fazla robot aynı anda dağıtılabilir. İnsan operatörleri her birini ayrı olarak kontrol edemez. HFE ilkeleri, insan-savaş arabirimlerinin tasarımına genişletilmelidir ve operatörlerin yüksek seviyeli komutlara (örneğin, düşük batarya) ilişkin değişiklikleri ve robotların embodiment ve kontrol mantığı otomatik olarak koordinatörlüğüne ek olarak, arsadaki bir zihinsel davranış modeli ile tek bir operatöre tek bir koordinatörlüğü sağlamaları gerekir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

İnsan Faktörleri Mühendisliği, robotun aşırı derecede bilişsel ve fiziksel çaba gerektiren bir yabancı makineye ait olması için bir seçenek değildir.En erken kararlardan elde edilen dersler, robotların nasıl inşa edildiği ve dağıtılması için, HFE, robotun insan işleklerinin sınırlarını zorladığı, daha güçlü bir robotun daha iyi bir şekilde güçlendirilmesini sağlar.