سیستم تاچمی: بکارگیری ربات از راه دور بر مبنای واقعیت افزوده

سیستم تاچمی: بکارگیری ربات از راه دور بر مبنای واقعیت افزوده – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

www.irantarjomeh.com

سیستم تاچمی: بکارگیری ربات از راه دور بر مبنای واقعیت افزوده

سیستم تاچمی: بکارگیری ربات از راه دور بر مبنای واقعیت افزوده

چکیده

کنترل از راه دور ربات بطور معمول با استفاده از جوی استیک / دسته بازی و گیم پد اعمال       می گردد. با این وجود، این روش برای کاربرانی که از تجربه کافی برخوردار نیستند مشکل است چرا که بهره گیری از پارامترهای کاربردی و انجام آنها، بین کاربر از یک سو و ربات از سوی دیگر، غالبا به صورت حسی امکان پذیر نمی باشد (همانند کج کردن دسته بازی به سمت راست جهت چرخیدن ربات به چپ). جهت حل این مشکل، ما از یک رابط لمسی- محور جهت کنترل از راه دور یک ربات با بهره گیری از سیستم دید شخص ثالث استفاده نمودیم که تحت عنوان سیستم “مرا لمس کن /  TouchMe” خوانده می شود. این سیستم به کاربر اجازه خواهد داد تا قابلیت کنترل هر بخش از ربات از طریق لمس مستقیم آن را داشته باشد، دقیقا همانند نوعی نگرش به دنیای اطراف با استفاده از یک دوربین که در آن ربات به عنوان فرد سوم تلقی خواهد شد. سیستم ما فراهم آورنده عملیات حسی می باشد و کاربران قادر هستند تا با استفاده از این سیستم و با حداقل آموزش آن را به کار اندازند. در این مقاله، ما اقدام به تشریح تعامل این سیستم و پیاده سازی نمونه آن خواهیم نمود. بعلاوه ما سه روش برنامه ریزی شده برای کنترل این ربات در پاسخ به تعامل کاربران را ارائه نموده و نتایج مقایسه های تجربی این روش ها را عرضه می نماییم.

کلمات کلیدی: کنترل از راه دور ربات، دید شخص سوم، واقعیت افزوده، صفحه لمسی، کنترل مستقیم.

عبارات شاخص: H.5.2 (رابط های اطلاعات و ارائه آن، رابط های کاربران- سبک های تعاملی، I.2.9 (هوش مصنوعی)، سیستم های رباتیک، رابط های اپراتور.

1- مقدمه

محیط های بی شماری وجود دارند که کار در آنها برای انسان ها مشکل می باشد، همانند محیط های آبی، مناطق مرتفع، شرایط دمایی سرد و گرم و محیط هایی که به وسیله مواد سمی یا مواد رادیواکتیو آلوده شده اند. ربات های گوناگونی جهت انجام عملیات در این محیط های خطرناک به کار گرفته شده اند. بر این مبنا نوعی عملیات ربات که بصورت کاملا مستقلانه است مطلوب و مد نظر است، اما این مسئله به واسطه مشکلات شناسایی مشکل است. یکی از روش های تعدیل مشکل شناسایی، برچسب زدن به موضوعات / اشیا و استفاده از یک مدل محیطی از پیش سازماندهی شده / ساخته شده می باشد. با این وجود، چنین روش هایی برای محیط های غیر ساختاری قابل اعمال نبوده و بنابراین کنترل های انسانی مورد نیاز خواهند بود.

یک ربات با قابلیت گرفتن و تحویل اشیاء فیزیکی باید به طور کلی از درجه آزادی (DOF) متعددی برخوردار باشد، اما امر کنترل این نوع ربات ها برای یک اپراتور بی تجربه مشکل است. به طور مثال، یک بازوی رباتیک غالبا دارای 4 یا 6 درجه آزادی (DOF) می باشد. به هنگامی که بازوی رباتیک بر روی یک دستگاه متحرک نصب شود، مجموع درجه آزادی افزایش خواهد یافت. معروفترین روش برای کنترل ربات ها با درجات آزادی متعدد استفاده از یک دسته بازی یا جوی استیک و یک پد بازی یا گیم پد است. با این حال، در این ادوات کنترلی، تعداد درجات آزادی قابل کنترل به واسطه تعداد دکمه ها و محورهای این ابزارها محدود است. DOF قابل کنترل را می توان از طریق استفاده از برخی از ترکیبات دو یا چند کلید افزایش داد، اما چنین موردی سبب خواهد شد تا وضعیت بکار گیری آن مشکل تر شود و بنابراین زمان آموزشی طولانی تری نیز برای کاربران صرف گردد. جهت تسهیل امر کنترل یک ربات چند- لینکی، سیستم سینماتیک معکوس به طور گسترده ای به کار گرفته می شود. غالبا یک بازوی رباتیک که از سینماتیک معکوس استفاده می نماید اقدام به نگاشت رویه کنترل عملگر نهایی خود به یک جوی استیک یا دسته بازی نموده و زوایای هر مفصل به صورت متناسب محاسبه می شود. با این حال، در یک سیستم با کنترل پنل معمولی با دسته بازی، حرکت سرعت ربات با توجه به تناسب آن با زمان بندی یا درجه فشار کلید تنظیم می شود. چنین موردی نیز نیازمند آموزش کاربران است.

ما یک سیستم عمل کننده از راه دور را ارائه می نماییم که اجازه کنترل یک ربات دارای درجه آزادی متعدد، به صورت حسی با بهره گیری از تعامل لمسی و نگرش دید شخص سوم،  را به کاربر می دهد. ما این سیستم را تحت عنوان «لمسم کن یا تاچمی/ TouchMe»  می خوانیم. این سیستم در شکل 1 نشان داده شده است. این سیستم در حقیقت یک رابط مبتنی بر صفحه لمسی می باشد و قابلیت نمایش تصویر حاصل آمده از دوربین را خواهد داشت که سبب خواهد شد تا ربات به عنوان شخص سوم قابلیت تعامل با محیط پیرامونی را داشته باشد. کاربر به طور مستقیم قابلیت مشخص نمودن موقعیت مطلوب ربات از طریق لمس آن و کشیدن بخش کنترلی را خواهد داشت. تصویر دوربین که نشان دهنده ربات است با استفاده از یک مدل گرافیک کامپیوتری (CG) تامین می شود که در تعامل با دستورات کاربر می تواند به وی کمک نماید تا این پیش بینی را داشته باشد که ربات چگونه به حرکت خواهد پرداخت. این سیستم در حقیقت برنامه واقعیت افزوده است که از سیستم کنترل مستقیم، با انباره ای از حرکات انسان مجازی، برخوردار است. موردی که قابلیت شبیه سازی حرکات را برای رباتی فراهم می آورد که از درجات آزادی متعدد در دنیای واقعی برخوردار است. سیستم کنترل از راه دور با بهره گیری از دوربین نصب شده بر روی ربات قابلیت فراهم آوردن تصویر شخص اول را خواهد داشت، اما ما از دوربینی با دید شخص ثالث نیز استفاده می نماییم، چرا که این ربات به کاربر اجازه خواهد داد تا قابلیت درک موقعیت مجموع فضای کاری (ربات کنترل شده، اشیاء هدف و موانع) را داشته باشد. ما اقدام به بحث در خصوص مزیت ها و معایب مختلف سیستم دید شخص ثالث در این دوربین، بر مبنای روش پیشنهادی خود، همانند یک دوربین نظارتی ثابت، یک دوربین نوسانی و یا دیگر سیستم های چشمی متعلق به ربات، خواهیم نمود.

در این مقاله، ما تعامل مرا لمس کن و رویه های پیاده سازی نمونه خود را به بحث می گذاریم. به علاوه ما سه روش برنامه ریزی برای کنترل ربات در پاسخ به تعاملات کاربران را مطرح می نماییم. یکی از آنها حرکت ربات پس از لمس آن می باشد، دیگری حرکت ربات در طی لمس و سومی حرکت ربات در طی و پس از لمس است. ما این سه روش را در یک برآورد تجربی مورد مقایسه قرار می دهیم و نتایج را گزارش می نماییم.

2- تحقیقات مرتبط

رابط های ویدیو- محور مختلفی برای کنترل ربات و ادوات مرتبط با آن وجود دارند.

Tani و همکاران تکنیک های تعامل ویدیویی را عرضه نمودند که اجازه تعامل با اشیاء یا موضوعات محیطی در یک ویدیوی زنده بر روی صفحه نمایش، از طریق نظارت به وسیله دوربین ها، را خواهد داد. آنها برای مدلسازی تصاویر ضبط شده اشیاء به وسیله دوربین ها در محیط دو بعدی و سه بعدی دو استراتژی را مورد بررسی قرار دادند. آنها سیستمی تحت عنوانHyperPlant  را برای نظارت و کنترل یک نیروگاه برق، با استفاده از مدلسازی دو بعدی، پیاده نمودند. Seifried و همکاران نیز یک رابط ویدیو محور، برای کنترل ابزار آلات خانگی در پروژه CRISTAL، را توسعه دادند. در این تحقیقات، دوربین برای برداشتن یک تصویر بالا به پایین از اتاق نشیمن تنظیم گردیده و تصویر بر روی یک صفحه نمایش چند لمسی نشان داده می شود. این سیستم به کاربران مختلفی اجازه میدهد تا به صورت مشارکتی اقدام به کنترل ادوات متعدد نمایند. به علاوه ما یک ابزار را از طریق تصویر دوربین کنترل نمودیم، اما شیء کنترل شده ما یک ربات دارای درجات آزادی متعدد بوده است و بنابراین هدف ما حاصل آوردن وظایف پیچیده تر بیشتری با استفاده از آن میباشد.

نگرش بالا به پایین در رابط های کنترلی ربات های متعدد ویدیو محور مورد استفاده قرار گرفته است. Sakamoto و همکاران جهت کنترل ربات های جاروبرقی یک رابط PC تبلت ویدیو محور را پیشنهاد نمودند. در این سیستم، دوربین های نصب شده در ناحیه انتهایی یک تصویر بالا به پایین را فراهم آورده که به کاربر اجازه کنترل ربات ها را داده و همچنین توانایی طراحی رفتارهای آنها از طریق ترسیم چگونگی عملکرد با استفاده از یک قلم نوک سوزنی را فراهم می آورد. Kato و همکاران نیز یک رابط رومیزی چند لمسی را برای کنترل ربات های متعدد توسعه دادند. آنها روشی را برای کنترل ربات های متحرک متعدد به صورت همزمان عرضه نمودند که از یک میدان برداری با استفاده از نگرش بالا به پایین از طریق یک دوربین سقفی استفاده می نماید. Guo و همکاران دو رابط را برای تعامل از راه دور با ربات های متعدد با استفاده از اسباب بازی بر روی یک صفحه نمایشگر رومیزی بزرگ ارائه دادند که خود از یک نگرش بالا به پایین استفاده می نمود. این تحقیق نشان داده آن است که نگرش بالا به پایین به عنوان یک نگرش آسان برای کنترل حرکت موبایل های متحرک بر روی یک سطح دوبعدی مدنظر می باشد، با این وجود امر کنترل ربات های دارای درجات آزادی مختلف مشکل می باشد.

3- تعامل کاربر

سیستم TouchMe یک تکنیک تعاملی واقعیت افزوده برای کنترل از راه دور ربات می باشد و شمایی از این سیستم در شکل 2 نشان داده شده است. دوربین ها اقدام به گرفتن تصویری از فضایی کاری در زمان واقعی می نمایند و تصویر مربوطه بر روی صفحه لمسی با استفاده از یک مدل CG ربات حقیقی نشان داده می شود. مدل CG در ربات قرار گرفته و به صورت نیمه شفاف (همانند یک روح) نشان داده شده است. کاربر مربوطه با لمس مدل CG اقدام به کنترل ربات می نماید. این کاربر قابلیت لمس بخشی از مدل CG را داشته، یعنی قسمتی که وی می خواهد ربات را بدان سمت حرکت دهد و از این طریق مسیر حرکت را مشخص می سازد. به طور مثال، کاربر ربات را به یک سمت هدایت نموده و سپس با کشیدن ناحیه بالایی بازو آن را به سمت شیء خاص راهنمایی می کند. چنین موردی مشابه با رویه به کار گرفته شده در مدلسازی سه بعدی و نرم افزار شناسلیی حالت چهره می باشد که در آن یک شیء سه بعدی با استفاده از عملیات کاربر بر روی یک سطح تصویر دو بعدی کنترلی می گردد. به هنگامی که کاربر اقدام به حرکت دادن مدل CG نمود، ربات نهایتا به حرکت در آمده و سیستم مربوطه نیز اقدام به جا بجایی به سمت مقصد خاص نموده و بنابراین انطباق با مدل CG حاصل می گردد.

1-3. دید شخص سوم

ما از یک دوربین دید شخص ثالث استفاده می نماییم چرا که این سیستم به کاربر اجازه درک موقعیت کل فضای کاری شامل ربات در حال کنترل، شیء ها یا موضوعات هدف و موانع را خواهد داد. یک دیدگاه متعارف استفاده از تصویر دید شخص اول می باشد که از طریق دوربین نصب شده بر روی موبایل حاصل می آید، اما ما از این مدل به واسطه مشکل جهت اجتناب از برخورد با موانع در کناره ها یا پشت ربات به هنگام چرخش یا حرکت ربات به سمت عقب، استفاده نمی نماییم. ما اکنون بحث دوربین دید شخص ثالث را مطرح می نماییم. در اینجا ما تنها اولین روش را مورد آزمایش و پیاده سازی قرار می دهیم. پیاده سازی دو روش باقیمانده در تحقیق آتی عرضه خواهد شد.

دوربین نظارتی ثابت: دوربین های نظارتی ثابت قبلا در محله های مختلف نظیر جاده ها، پارک ها، ایستگاه ها، موزه ها، کارخانجات، فروشگاه ها و خانه ها به دلایل امنیتی و ثبت اطلاعات نصب شده اند. یک دوربین نظارتی در موقعیتی بالاتر از بلندی قد انسان قرار گرفته و قابلیت ارائه یک دید چشم ـ پرنده را دارا می باشد. مزیت دوربین نظارتی آن است که یک دید متناسب و با ثبات، برای درک کل مجموعه محیطی اطراف، را به کاربر فراهم می آورد. با این حال، حرکت دوربین ثابت به واسطه مشکلات حرکت افقی، مشکلات کج شدگی و زوم دوربین مشکل می باشد و بنابراین حل مسایل انسدادی محتمل مشکل خواهد بود.

دوربین پرنده: ادوات هوایی بدون خلبان مختلف (UAV) نظیر هلیکوپترهای کنترل از راه دور و یا ادوات پرنده با یک دوربین جهت دیده بانی به کار گرفته می شوند. یک دوربین UAV همچنین فراهم آورنده دید چشم ـ پرنده می باشد و قابلیت حرکت آزادانه در مقایسه با یک دوربین ثابت را خواهد داشت. یک دوربین پرنده قابلیت استفاده از عملیات نظارتی با دید کلی (نظیر نرم افزار مدلسازی CG ) در دنیای حقیقی را خواهد داشت. به علاوه، دوربین می تواند به خوبی ربات هدف را به صورت اتوماتیک رهگیری نماید تا آنکه ربات در میدان دید قرار داشته باشد. چنین سیستمی به اپراتور دیدی همانند یک بازی اکشن سه بعدی را خواهد داد که در آن دوربین دید شخص ثالث به دنبال کاراکتر یا فرد بازی همانند نینتندوسوپرماریو64 حرکت می نماید. عیب این دوربین آن است که به ثبات بسیار بالایی نیاز داشته و باید کنترل کاملا دقیقی برای داشتن حرکت های مرتبط با این دید آزاد را داشته باشد.

دوربین دیگر رباتی: به هنگامی که دو یا چند ربات در یک فضای کاری به کار گرفته می شوند و یکی از آنها دارای دید (دوربین دید شخص اول) می باشد، ما می توانیم دیگر ربات ها را به دید شخص ثالث از طریق قرض گرفتن دید این ربات، مورد استفاده قرار دهیم. در صورتی که کلیه ربات ها دارای دوربین باشند، کاربر قابلیت راه اندازی ربات ها با توجه به سوییچ از دید فرد اول به دید شخص ثالث به صورت آزادانه و جا بجایی بین آنها را خواهد داشت. به طور مثال یک دید شخص اول به هنگامی استفاده خواهد شد که کاربر در حال کار با دست های ربات هدف باشد و دید شخص ثالث نیز به هنگامی استفاده می شود که کاربر خواسته باشد ربات هدف را به موقعیت دیگر بدون برخورد با موانع حرکت دهد.

عملیات نقطه دید را می توان از طریق لمس ناحیه خارج از ربات یا لمس یک آیکون خاص برای به کار گیری آن نقطه دید اعمال داشت. ما پیش بینی می نماییم که کنترل اتوماتیک دوربین مفید خواهد بود. به طور مثال، به هنگامی که کاربر اقدام به کار با عملگر نهایی یک بازوی رباتیک می نماید، دوربین به موقعیتی حرکت می نماید که در آن قابلیت حاصل آوردن یک دید خوب برای اپراتور را داشته باشد و سپس عمل زوم به صورت اتوماتیک انجام می گردد.

2-3. دسته های مجازی

دسته های مجازی در حقیقت رابط های کاربر به شمار می آیند که کاربرد مدل CG را آسان می سازند. این دسته ها جهت درک مسیر کنترل جزء نصب شده مفید می باشند. شکل 3 نشان دهنده انواع دسته های مجازی می باشد. دسته نوع حلقه ای جهت کار  با  اجزای چرخشی (همانند چرخش بدنه، چرخش یک لینک بازو) به کار گرفته می شود. دسته نوع اهرمی نیز جهت بکارگیری بخش کوچکی همانند یک عمل گر نهایی استفاده می گردد. این ایده ها به طور گسترده ای در نرم افزار مدلسازی CG مورد استفاده قرار می گیرند. ما آنها را با استفاده از یک تکنیک واقعیت افزوده برای یک ربات حقیقی به کار می گیریم.

3-3. سینماتیک معکوس

ما از سینماتیک معکوس (IK) جهت تسهیل کنترل یک ربات دارای اتصال متعدد استفاده می نماییم. به هنگامی که یکی از این لینک ها به کار گرفته شوند، لینک های مرتبط نیز به صورت اتوماتیک به  حرکت در می آیند. به طور مثال، به هنگامی که کاربری اقدام به کشیدن مچ بازو می نماید، بخش های آرنج و شانه (یا بدن) نیز به وسیله این سیستم به صورت اتوماتیک کنترل می شوند. بر این مبنا، ما اقدام به کنترل ساختارهای چند مفصلی سه بعدی در فضای سه بعدی بر روی یک صفحه نمایشگر دو بعدی می نماییم، و از روش IK، که در ابزارهای حالات یا ژست های عمومی، برای مدل های انسان مجازی نظیر یک ربات ژست گیرنده استفاده می شود، بهره می جوییم.

4-3. برنامه ریزی حرکت ربات

ربات تنها با توجه به یک سرعت محدودی حرکت می نماید، بنابراین مدل CG و ربات بر روی صفحه نمایشگر به طور دائمی در طی تعامل کاربران به صورت هماهنگ با یکدیگر کار نخواهند نمود. این سیستم از طریق حرکت ربات به سمت مدل CG اقدام به حل این مشکل می نماید، اما روش های متعددی جهت حاصل آوردن این مورد وجود دارد. در اینجا ما سه روش محتمل را معرفی می نماییم.

حرکت پس از لمس: ربات به هنگامی که انگشت بر روی صفحه نمایش گذاشته شده است و در حال کار با مدل CG می باشد  اقدام به حرکت نخواهد نمود. به هنگامی که کاربر انگشت خود را از روی صفحه بردارد، مدل CG ثابت شده و ربات حرکت خود به سمت آن مدل را آغاز می نماید. ربات به هنگامی که وضعیت در انطباق با مدل CG قرار گرفت متوقف می شود (شکل 4).

حرکت در طی لمس: ربات حرکت خود به سمت مدل CG، دقیقا پس از لمس انگشت کاربر بر روی صفحه نمایش، را آغاز خواهد نمود. به هنگامی که انگشت بر روی صفحه نمایش باشد، موقعیت و حالت مدل CG به طور پیوسته به روز رسانی شده و ربات به صورت پیوسته اقدام به ره گیری مدل CG می نماید. به هنگام برداشته شدن انگشت، حرکت ربات متوقف شده و وضعیت مدل CG نیز در تطابق با وضعیت ربات در زمان برداشت انگشت از روی صفحه منطبق خواهد شد (شکل 5).

حرکت به هنگام و پس از لمس: این مورد به عنوان ترکیب دو روش فوق مطرح است. ربات حرکت خود به سمت مدل CG پس از لمس انگشت را آغاز نموده و این حرکت به صورت پیوسته انجام می گردد. به هنگامی که انگشت کاربر برداشته شد، مدل CG با موقعیت زمان برداشت انگشت تثبیت گردیده و حرکت ربات به سمت مدل تثبیت شده CG انجام می گردد. ربات حرکت خود را به هنگامی متوقف خواهد کرد که موقعیت و وضعیت ربات منطبق با موقعیت و وضعیت مدل CG باشد (شکل 6).

4- سیستم پروتوتایپ /  نمونه اولیه

ما اقدام به توسعه یک مدل اولیه نمودیم که در آن کاربر قابلیت کنترل یک ماشین ربات با استفاده از رابط پیشنهادی را خواهد داشت.

1-4. ربات

ما از یک دستگاه نقلیه رباتیک (MobileRobots PIONEER3-DX) استفاده نمودیم که مجهز به یک بازوی رباتیک (Neuronics Katana) می باشد. شکل 7 نشان دهنده ربات و درجه آزادی (DOF) آن می باشد. این وسیله دارای مکانیزمی برای حرکت با استفاده از چهار چرخ می باشد. این دستگاه به کاربر اجازه چرخش و حرکت به سمت جلو و یا به سمت عقب دستگاه (2DOF) را می دهد. بازوی رباتیک نصب شده دارای 6DOF می باشد اما ما بخش های قابل کنترل با دست (1DOF) را محدود نموده و همچنین اقدام به محدود سازی سه مفصل (3DOF) نمودیم تا آنکه عملیات ساده شود. بنابراین، کل ربات دارای 6DOF می باشد.

ما مدل CG این ربات را ایجاد نموده و دو نوع دستگیره مجازی جهت تسهیل کنترل ربات را عرضه نمودیم. این دستگیره ها شامل نوع حلقه ای برای چرخش وسیله و نوع دسته ای برای بکارگیری دست بازوی رباتیک می باشد. به هنگامی که کاربر اقدام به استفاده از بازو می نماید، کلیه یا بخشی از سه زاویه مفصلی (مفصل3، 4 و 5، که در شکل 7 نشان داده شده است) بر مبنای نتیجه محاسبه IK به روز رسانی خواهد شد.

2-4. دید دوربین و ثبت

ما از یک دوربین وبی تجاری (Logicool QCAM-200V) به عنوان دوربین دید شخص سوم به طور ثابت در محیط کارگاهی استفاده نمودیم. تصویر این دوربین بر روی یک صفحه نمایش لمسی دسکتاپ LCD 19 اینچی به نمایش در می آید. رزولوشن تصویر 600 × 800  پیکسل می باشد و تعداد فریم های نمایش یافته نیز 15 فریم در ثانیه است. این دوربین قابلیت پشتیبانی هر گونه حرکت های فیزیکی نظیر حرکت افقی در عرض صفحه یا بزرگنمایی را نخواهد داشت.

ما از نشانه های مرجع (ARToolKit [17]) برای ثبت یا تثبیت بین ربات حقیقی و ربات مجازی (CG) استفاده نمودیم . ما از چهار نشانگر (10 ´ 10 cm²) بر روی ناحیه فوقانی وسیله استفاده نمودیم. در حالت اولیه و به هنگامی که ربات متوقف می گردد، سیستم به مدل CG زوایای اتصال حقیقی حاصل آمده از بازوی رباتیک و موقعیت فیزیکی و مسیر حاصل شده از نشانه های مرجع را ارائه خواهد نمود. این نشانگرها همچنین برای باز خورد بصری به هنگامی که ربات به سمت هدف خا ص حرکت می کند استفاده خواهد شد.

5- مقایسه تجربی روش های زمان بندی

ما از یک مطالعه کاربر با استفاده از سیستم نمونه اولیه خود جهت تست قابلیت کاربرد کلی این سیستم و مقایسه سه روش زمان بندی، استفاده نمودیم. شکل 8 نشان دهنده فضای کار تجربی نمایش داده شده بر روی صفحه لمسی با ربات و مدل CG می باشد. یک فضای کاری 190 در 250 سانتی متر مربع به وسیله دیوارهای پارتیشن جدا شده است. در این فضا، یک بطری پلاستیکی با برچسب آبی (با قطر 7 سانتی متر، 25 سانتی متر بلندی) بر روی یک قفسه به بلندی 58 سانتی متر قرار گرفت و همچنین یک سطل آشغال (31 ´ 33 ´ 42 سانتی متر مکعب) بر روی طرف متضاد قرار گرفت. دوربین نیز در سطح 123 سانتی متری بلندی از سطح زمین یا کف استقرار یافت.

ما از 12 نفر بین سنین 20 الی 25 سال، 8 مرد و 4 زن، جهت شرکت در این بررسی استفاده نمودیم. کلیه آنها دانشجویان دانشگاه بوده و از کامپیوتر در زندگی روزمره خود استفاده می نمایند. اغلب آنها دارای تجربه ای با کنترل رباتیک می باشند اما با ربات ما آشنایی ندارند. نشست های مربوطه در حدود یک ساعت طول کشید.

1-5. شرایط

ما اقدام به انجام آزمایشات خود برای سه شرط حرکت پس از لمس، حرکت به هنگام لمس و حرکت به هنگام و پس از لمس می نماییم.

ما اجازه ندادیم تا آنکه شرکت کنندگان به طور مستقیم وارد فضای کاری شده و یا آنکه به تماشای آن بپردازند، بنابراین فضای کاری به عنوان یک محیط کاملا ناشناخته برای آنها به شمار آمده بود. آنها سعی نمودند تا تنها از طریق مشاهده تصویر دوربین به راهنمایی ربات بپردازند. به هنگامی که آزمایش کاربران شروع شد، ما به شرکت کنندگان چگونگی کنترل ربات، DOF ربات و این حقیقت که چراغ قوه بر روی مچ بازوی ربات جهت راهنمایی نصب شده است را توضیح دادیم. مقایسه در چارچوب موضوعات اعمال گردید، که در آن هر شرکت کننده کلیه شرایط را مورد آزمایش قرار می دهد. هر شرکت کننده بر مبنای سه شرط مرتبط با ترتیب اقدام به انجام آزمایش نموده است. برای هر شرط، ما یک زمان آموزشی تا 5 دقیقه قبل از انجام آزمایش را برای شرکت کنندگان در نظر گرفتیم.

2-5. نتایج

کلیه 12 شرکت کننده به جز یک نفر موفق شدند تا کار خود را به اتمام رسانند. شخصی که شکست خورد بطری را در کلیه آزمایشات به زمین انداخت. جدول 1 نشان دهنده زمان تکمیل این عملیات برای سه شرط مرتبط می باشد (تنها برای موارد موفقیت آمیز). این عملیات در تقریبا 2 دقیقه به اتمام رسید. نتایج معرف هیچ گونه تفاوت معنی داری بین شرایط نمی باشند (by ANOVA, p=0.77)

3-5. مباحث

نتایج مقایسه معرف آن است که A به نظر از بیشترین میزان پشتیبانی در بین سه شرط برخوردار است، مخصوصا در سوال 2، 5 و 6. ما هیچ گونه تفاوت معنی دار را بین سادگی (سوال 1) نیافتیم. با این حال، در مصاحبه 9 فرد از بین 12 نفر پاسخ دادند که A آسانترین است و دلیل اصلی آن می باشد که آنها می توانند به راحتی و آرامش بدون هیجان و  سرعت بیش از حد به راحتی اقدام به انجام عملیات نمایند. از طرف دیگر، 9 نفر از بین 12 فرد پاسخ دادند که A ممکن است بیشترین زمان را جهت تکمیل این عمل در بین سه شرط در مصاحبه داشته باشد. علیرغم، این حقیقت که زمان تکمیل این عملیات هیچ گونه تفاوت معنی داری را بین شرایط آزمایشی نشان نداده است. آنها خاطر نشان نمودند که D و DA سریعتر از A می باشد چرا که این مورد قابلیت پیگیری و کاربرد سریع مدل CG را خواهد داشت. شرط A به نظر این مشخصه را القا می نماید که چنین موردی به نظر به صورت عقلانی کافی نمی باشد چرا که حرکت ربات پس از آزاد سازی انگشت از صفحه لمسی محقق می گردد.

4-5. ملاحظات کلی

کلیه شرکت کنندگان چگونگی استفاده از دستگیره های مجازی را فرا گرفته و آنها را به طور موثر به هنگام چرخاندن ربات و در طی کار با دسته بازو مورد استفاده قرار دادند. شرکت کنندگان نقطه نظرات خود در خصوص بهره گیری از مدل CG را به شرح ذیل اعلام نمودند: «من خواستار آن هستم که یک اینترسی برای مدل CG حاصل شود چرا که این مورد سبب خواهد شد تا عملیات به صورت بهتری انجام پذیرد» «برایم مشکل بود تا بتوانم تشخیص دهم که آیا دسته توانسته است موضوع هدف را بگیرد یا خیر، بنابراین لازم است از ابزارهای بصری یا دیداری در این زمینه استفاده شود همانند رنگ دسته که باید به هنگامی که به شیء چنگ زده می شود تغییر یابد».

برای کنترل بازوی IK محور، چندین شخص نیز اظهار داشتند که این امر چندان محرز نبوده است که وضعیت تغییر شکل دسته به هنگام کار با بخش های دارای لینک چگونه است. این حقیقت نشان دهنده آن است که لازم است تا قابلیت مشخص نمودن محدوده قابل حرکت لینک های بازو به صورت بصری فراهم شود. آنها همچنین خواستار استفاده از هر دوی IK و FK (سینماتیک رو به جلو) برای کنترل بازوی رباتیک هستند.

6- محدودیت ها

ما هم اکنون محدودیت های کنونی این تحقیق را مورد بحث قرار می دهیم. روش پیشنهادی نیازمند یک دوربین با دید شخص ثالث دارد و همچنین ناحیه متحرک ربات کنترل شده محدود به میدان دید دوربین است. این دوربین نیازمند آن است تا فاصله خود را به خوبی با ربات حفظ نماید تا آنکه قابلیت تصویر برداری از ربات، شامل بخش کنترل شده، را به خوبی فراهم سازد. موقعیت محتمل جایی که دوربین در آنجا گذاشته شده است به صورت فیزیکی در محیط های دنیای حقیقی محدود خواهد بود که این محدودیت ناشی از موانع و فضاهای کوچک است. در نتیجه ممکن است دید بدی حاصل شود که عملیات ربات را با مشکل مواجه می سازد. رزولوشن عملیات نیز منوط به روزلوشن صفحه نمایش می باشد و تعداد عملیات مشخص شده به وسیله یک پیکسل نیز می تواند مختلف باشد آن هم در صورتی که بخش کنترلی نزدیک یا دور از دوربین قرار گرفته باشد. جهت کنترل یک مدل CG به وسیله قدرت لامسه، بخش کنترل نیازمند مقدار مشخصی از فضای سطحی می باشد و همچنین سیستم نمایشی نیز نیازمند مقدار مشخصی از فضای فیزیکی جهت انباشته سازی مدل CG خواهد بود.

7- نتیجه گیری و تحقیقات آتی

در این مقاله، ما رویه های طراحی، پیاده سازی و ارزیابی اولیه یک رابط ارزش افزوده برای کنترل یک ربات دارای درجه آزادی متعدد (multi-DOF) را ارائه نمودیم. سیستم TouchMe به کاربر اجازه خواهد داد تا قابلیت بکارگیری هر بخش از ربات، از طریق لمس مستقیم آن با استفاده از دید حاصله از سیستم، که به وسیله دوربین با دید شخص ثالث ارائه می شود، را داشته باشد. ما در سیستم پروتوتایپ یا نمونه اولیه خود سه روش زمان بندی را مقایسه نمودیم. غالب شرکت کنندگان دریافتند که ساده ترین روش به هنگامی حاصل می شود که ربات حرکت خود را زمانی آغاز نماید که انگشت شرکت کننده از روی صفحه لمسی برداشته شود.

نتایج مطالعه ما فراهم آورنده توصیه هایی برای بررسی های آتی سیستم لمسی TouchMe و همچنین سیستم های کنترل ربات مشابه می باشد. دستگیره های مجازی به خوبی به وسیله کلیه شرکت کنندگان مورد پذیریش قرار گرفتند. کاربران خواستار عمق بیشتر تصاویر دریافتی جهت درک وضعیت ربات شده اند. ما دریافتیم که هر دوی روش های IK و FK برای کنترل بازوی ربات مطلوب می باشند. دید شخص ثالث نیز به خوبی به وسیله شرکت کنندگان در این بررسی مقبولیت یافته است، با این حال، آنها بواسطه آنکه این دید سبب بروز برخی از مشکلات نظیر انسداد و همترازی محور چرخشی با دید دوربین می گردد، خواستار نوعی دید شخص ثالث مطلوب شده اند. چندین نفر نیز خواستار استفاده از قلم نوک سوزنی یا قلم استایلس جهت حاصل آوردن عملیات دقیق تر گردیده و همچنین خواستار بهره گیری از یک صفحه چند لمسی جهت کاربرد پیشرفته این سیستم شده اند.

تحقیق آتی ما می بایست اقدام به حل مسایل طرز دید نماید که مشکلات فوق را سبب شده و علاوه بر این موجب بروز موقعیت های غیر قابل کنترل با توجه به دید شخص ثالث گردیده است. ما انتظار داریم که این مشکل را بتوان از طریق بکارگیری یک دوربین متحرک یا چندین دوربین رفع نمود. با ارائه یک صفحه چند لمسی تحقیقات آتی ما گسترده تر خواهد شد. ما انتظار داریم که چنین موردی اجازه استفاده کاربران متعدد برای به حرکت درآوردن و کار با ربات های گوناگون در روی یک صفحه نمایش به صورت مشارکتی را فراهم آورد. به علاوه، در آینده، یک سیستم ره گیری مدل محور نیز ارائه می گردد که ربط دهنده ربات مجازی با ربات حقیقی، به جای استفاده از نشانه مرجع استفاده شده در نمونه جاری، خواهد بود.

روش پیشنهادی ما دارای مقیاس پذیری قابل انعطافی می باشد. ما می توانیم این روش را برای انواع مختلف ربات ها همانند ربات های انسان نما، ربات های رومیزی، ربات های بولدوزری، بیل های مکانیکی و ماشین ها مورد استفاده قرار دهیم. ما انتظار داریم که ربات های بسیار کوچک را بتوان از طریق لمس یک تصویر میکروسکوپی کنترل نمود و همچنین ربات های بسیار بزرگ را نیز از طریق کنترل از راه دور به خوبی تحت فرآیند کنترل قرار داد. ما سعی داریم تا بررسی خود را گسترش داده و کاربرد پذیری در پلتفرم های مختلف را مورد کنکاش قرار دهیم.

سیستم تاچمی: بکارگیری ربات از راه دور بر مبنای واقعیت افزوده