基于FBD界面的CL-HMI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)人機(jī)交互

人機(jī)界面（HMI）在人與機(jī)器人之間建立了互連的橋梁，在工業(yè)、醫(yī)療和消費(fèi)電子等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而，傳統(tǒng)的人機(jī)界面笨重、剛性且功能單一。由于缺乏提供給用戶的觸覺反饋，其可應(yīng)用的場(chǎng)景和在動(dòng)態(tài)環(huán)境中完成復(fù)雜任務(wù)的能力受到限制。因此，開發(fā)一種結(jié)構(gòu)緊湊、能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境中發(fā)送控制命令并接收反饋信息的雙向人機(jī)界面變得至關(guān)重要，以使用戶在閉環(huán)人機(jī)界面（CL-HMI）系統(tǒng)中獲得更好的觸覺反饋。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，澳門大學(xué)徐青松教授團(tuán)隊(duì)提出一種新型柔性雙向（FBD）界面，可用于實(shí)現(xiàn)CL-HMI在動(dòng)態(tài)環(huán)境中執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。相關(guān)研究成果以“A Flexible Bidirectional Interface with Integrated Multimodal Sensing and Haptic Feedback for Closed-Loop Human–Machine Interaction”為題發(fā)表在Advanced Intelligent Systems期刊。

這項(xiàng)研究工作提出了一種集成多模態(tài)傳感與觸覺反饋的FBD界面，并開發(fā)了基于該界面的CL-HMI系統(tǒng)。所提出的FBD界面能通過紐扣式振動(dòng)電機(jī)陣列提供可編程的觸覺反饋，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)中的復(fù)雜交互至關(guān)重要。多模態(tài)傳感陣列可以精確感知關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)和施加在皮膚上的壓力。FBD界面具有靈活和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)。通過引入多層堆疊的模塊化設(shè)計(jì)，F(xiàn)BD界面實(shí)現(xiàn)了3.9 mm薄而緊湊的結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的材料和組件為其提供了理想的柔性，可以與皮膚很好地貼合，從而確保信息傳輸?shù)目煽啃院团宕鞯氖孢m性。

FBD界面的設(shè)計(jì)、工作原理及制作

研究人員通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了帶有驅(qū)動(dòng)和多傳感模塊的FBD界面在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的良好性能，多模態(tài)傳感模塊能夠準(zhǔn)確感知人體的各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)模塊可以提供不同的觸覺振動(dòng)反饋，向用戶傳遞不同的信息。基于FBD界面的CL-HMI系統(tǒng)在雙邊機(jī)器人遠(yuǎn)程操控、帶碰撞提醒的無人地面車輛（UGV）遙控、觸覺對(duì)話、觸覺導(dǎo)航等一系列場(chǎng)景中展現(xiàn)出極大優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)、康復(fù)、娛樂等領(lǐng)域展示出高度的通用性和廣泛的應(yīng)用潛力。

FBD界面的特征

CL-HMI系統(tǒng)在機(jī)器人遠(yuǎn)程操控場(chǎng)景中的應(yīng)用

CL-HMI系統(tǒng)在殘疾人輔助場(chǎng)景中的應(yīng)用

總之，這項(xiàng)研究工作提出的基于FBD界面的CL-HMI系統(tǒng)增強(qiáng)了人機(jī)交互的直觀性和便利性，消除了對(duì)繁重、昂貴、專業(yè)設(shè)備的需求，同時(shí)為用戶提供了寶貴的觸覺反饋，能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境中執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。作為一個(gè)皮膚集成界面，它可以產(chǎn)生觸覺振動(dòng)，為用戶提供外部反饋信息，并精確感知皮膚的變形以檢測(cè)用戶的動(dòng)作。基于FBD界面的CL-HMI系統(tǒng)在多個(gè)場(chǎng)景中的成功應(yīng)用證明了其在機(jī)器人控制、殘疾護(hù)理等諸多領(lǐng)域的巨大潛力。

編輯：黃飛

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