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透过机器人的视线可以帮助那些有严重损伤电机的人

  • 机器人
  • 2019-08-14 15:39:04

使用增强现实技术的界面系统可以帮助具有严重运动障碍的个体操作人形机器人来自己进食并执行常规的个人护理任务,例如刮痒和涂抹润肤露。基于Web的界面显示环境的“机器人视野”,以帮助用户通过机器与世界互动。

该系统在PLOS ONE期刊中有所描述,可以帮助那些没有经验的复杂机器人系统的人们使复杂的机器人更有用。研究参与者使用标准辅助计算机访问技术(例如眼动仪和头部跟踪器)与机器人界面进行交互,他们已经使用这些技术来控制他们的个人计算机。

该论文报道了两项研究,显示这种“机器人体代理” - 它可以执行类似于人类的任务 - 可以改善用户的生活质量。这项工作可以为开发速度更快,功能更强的辅助机器人奠定基础。

“我们的研究结果表明,患有严重运动缺陷的人可以使用机器人身体替代品来改善他们的生活质量,”最近乔治亚理工学院博士Phillip Grice说。毕业生是论文的第一作者。“我们迈出了第一步,让某人能够购买适当类型的机器人,将它放在家中并从中获得真正的好处。”

作为身体代理人的能力,由具有严重运动缺陷的个体远程控制的PR2在佐治亚理工学院的研究实验室中获得了一杯。

来自乔治亚理工学院和埃默里大学Wallace H. Coulter生物医学工程系的Grice和Charlie Kemp教授使用由Willow Garage制造的PR2移动机械手进行这两项研究。轮式机器人具有20个自由度,两个臂和一个“头部”,使其能够操纵诸如水瓶,毛巾,发刷甚至电动剃须刀之类的物体。

“我们的目标是让人们有限地利用自己的身体进入机器人身体,这样他们就能以新的方式与世界互动,”坎普说。

在他们的第一项研究中,Grice和Kemp在互联网上为一组15名严重运动障碍的参与者提供了PR2。参与者学会了远程控制机器人,使用他们自己的辅助设备来操作鼠标光标以执行个人护理任务。百分之八十的参与者能够操纵机器人拿起一个水瓶并将其带到人体模型的口中。

机器人身体代理可以帮助有严重运动缺陷的人与世界互动。在这里,加利福尼亚男子亨利埃文斯帮助乔治亚理工学院的研究人员改进了基于网络的界面,他使用机器人来刮胡子。(图片来源:Henry Clever / Phillip Grice,佐治亚理工学院)

“与健全人士相比,机器人的能力有限,”格莱斯说。“但是参与者能够有效地执行任务,并且在临床评估方面表现出了改进,这些评估测量了他们操纵物体的能力,而不是他们在没有机器人的情况下能够做到的事情。”

在第二项研究中,研究人员为Henry Evans提供了PR2和界面系统,Henry Evans是一名加州男子,自2011年以来一直帮助佐治亚理工学院的研究人员研究和改进辅助机器人系统。埃文斯对他的身体控制非常有限,测试了机器人在他的家中七天不仅完成了任务,而且还设计了新的用途,同时结合两个机器人手臂的操作 - 使用一只手臂控制毛巾,另一只手用刷子。

埃文斯说:“这个系统对我来说非常自由,因为它使我能够在中风后第一次独立操纵我的环境。”“对于其他人来说,当他和另外15个人客观地测试这个系统时,我很高兴看到菲尔获得了压倒性的积极成果。”

研究人员很高兴Evans开发了机器人的新用途,将两臂的运动以他们没有预料到的方式结合起来。

“当我们让亨利免费使用机器人一周时,他发现了使用它的新机会,这是我们没有预料到的,”格莱斯说。“这很重要,因为今天可用的许多辅助技术都是为非常特殊的目的而设计的。亨利所表明的是,这个系统在提供帮助和赋予用户权力方面非常强大。这方面的机会可能非常广泛。“

界面允许埃文斯在很长一段时间内在床上照顾自己。“接口系统最有用的方面是我可以完全独立地操作机器人,只需要使用非常直观的图形用户界面进行小的头部运动,”Evans说。

基于Web的界面向用户展示了位于机器人头部的摄像头的世界。覆盖在视图上的可点击控件允许用户在家中或其他环境中移动机器人并控制机器人的手和手臂。例如,当用户移动机器人的头部时,屏幕会将鼠标光标显示为一对眼球,以显示用户点击时机器人的外观。单击机器人手周围的光盘允许用户选择动作。在机房周围驾驶机器人时,界面上光标后面的线条表示它将行进的方向。

围绕简单的单键鼠标操作构建界面允许具有一系列残疾的人使用界面而无需冗长的训练课程。

“拥有一个可以操作各种身体障碍的人的界面意味着我们可以提供对广泛人群的访问,这是一种通用设计,”Grice指出。“由于它的能力,这是一个非常复杂的系统,因此我们必须克服的挑战是让那些对自己身体控制非常有限的人可以使用它。”

虽然研究结果证明了研究人员的目的,但肯普同意可以进行改进。现有系统很慢,用户犯的错误会造成严重的挫折。不过,他说,“人们今天可以使用这项技术,并从中获益。”

Evans建议,PR2的成本和尺寸需要大幅降低才能使系统具有商业可行性。肯普说,这些研究指出了一种新型辅助技术的方法。

“基于这项研究,我认为机器人身体代理可以为用户带来显着的好处,”Kemp补充道。

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