AR可視化可實現(xiàn)人類與機(jī)器人之間產(chǎn)生互動

現(xiàn)如今，機(jī)器人被越來越多地應(yīng)用于制造業(yè)和倉儲物流領(lǐng)域。但是，在這些工作環(huán)境中，工作人員與機(jī)器人的活動空間通常被隔離開。因此，如何使人類與機(jī)器人之間產(chǎn)生互動尤為重要。

人類與機(jī)器人的交流方式不同。具體來說，人類習(xí)慣使用語言和手勢進(jìn)行交流。而機(jī)器人則以數(shù)字形式交換信息，如，文本命令。這有可能導(dǎo)致人類與機(jī)器人之間的交流產(chǎn)生偏差。

增強(qiáng)現(xiàn)實（AR，Augmented Reality）技術(shù)能夠?qū)C(jī)器人的行為可視化，從而彌補(bǔ)機(jī)器人與人類之間的溝通障礙。不僅如此，AR 還提供了高帶寬和模糊性低的可替代通信機(jī)制。

目前，基于 AR 的可視化系統(tǒng)都是由人工設(shè)計的，會出現(xiàn)可視化信息太多或太少的情況。當(dāng)可視化信息太少時，用戶會發(fā)現(xiàn) AR 界面無法發(fā)揮作用；當(dāng)可視化信息過多時，對用戶來說，處理相應(yīng)的信息便相對困難。

為了使人類與多機(jī)器人之間能夠產(chǎn)生更好的交互體驗，研究者用模仿學(xué)習(xí)方法實現(xiàn)了 AR 的智能化，開發(fā)出名為“模仿學(xué)習(xí)式 AR 可視化”（VARIL，Visualizations for Augmented Reality using Imitation Learning）技術(shù)框架。

美國紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校計算機(jī)科學(xué)系在讀博士生基山·堅登（Kishan Chandan）、本科生杰克·艾伯森（Jack Albertson）、張世琦教授為論文作者。

VARIL 技術(shù)輔助人與機(jī)器人之間進(jìn)行有效互動

VARIL 技術(shù)能夠輔助人與機(jī)器人之間進(jìn)行有效的互動。它通過分析機(jī)器人和人的狀態(tài)決策哪些信息、什么時間、以什么形式被可視化。

圖 | VARIL 框架（來源：CoRL）

具體來講，VARIL 技術(shù)可以用 AR 接口同時跟蹤多個機(jī)器人狀態(tài)、動態(tài)選擇 AR 可視化動作，包括 AR 幫助搬運工人感知機(jī)器人的位置和規(guī)劃運動軌跡等。

在 VARIL 中有兩個不同的人類實體，一個是人類工作者的角色，另一個是人類專家。假設(shè)一組機(jī)器人與一個人類在同一空間工作。這組機(jī)器人不斷使用 AR 接口共享狀態(tài)和計劃。與此同時，人類能夠使用該 AR 接口跟蹤機(jī)器人團(tuán)隊的狀態(tài)。

人類工人與機(jī)器人團(tuán)隊合作，同時完成任務(wù)。在進(jìn)行 VARIL 技術(shù)演示的過程中，人類專家參與進(jìn)來，負(fù)責(zé)指示在特定時間內(nèi)可視化（或不可視化）哪些信息。

一旦生成新的策略，AR 智能設(shè)備就會更新可視化信息，模仿人類專家演示者建議的操作。值得注意的是，專家只在策略學(xué)習(xí)階段參與進(jìn)來，一旦智能設(shè)備學(xué)習(xí)到相關(guān)的策略，就不再需要人類專家。

在不同的 AR 可視化策略下完成任務(wù)

論文中提到，為探究虛擬人與機(jī)器人在不同的 AR 可視化策略下完成任務(wù)的情況，研究人員創(chuàng)建出用于模擬倉庫環(huán)境的演示平臺（具有內(nèi)置實驗室）。平臺不僅便于人類與機(jī)器人相互協(xié)作，而且可以對 VARIL 框架進(jìn)行經(jīng)驗評估。

圖 | 虛擬人與機(jī)器人在不同的 AR 可視化策略下完成任務(wù)（來源：CoRL）

在虛擬的倉庫環(huán)境中，研究人員設(shè)定 12 個機(jī)器人與 1 個虛擬人類合作完成系統(tǒng)交付的任務(wù)。機(jī)器人的任務(wù)是將物體運送到不同的地點（卸貨站），人類幫助等待在卸貨站的機(jī)器人卸貨。

圖 | 兩種不同規(guī)模的倉庫環(huán)境（來源：CoRL）

在沒有 AR 可視化的情況下，人類工人無法獲取機(jī)器人的位置以及了解機(jī)器人計劃做什么；在 AR 完全可視化的情況下，虛擬人類可能會被視覺指標(biāo)淹沒；在模仿學(xué)習(xí) AR 可視化（VARIL）的情況下，AR 軟件機(jī)器人使用學(xué)習(xí)到的策略，根據(jù)人類和機(jī)器人的交互動態(tài)確定可視化策略。

完成任務(wù)后，研究人員收集了 6000 個“狀態(tài)-動作”成對數(shù)據(jù)集。他們還用迭代模仿學(xué)習(xí)算法在該數(shù)據(jù)集中訓(xùn)練 AR 智能化設(shè)備。

然后，他們將兩種可視化策略進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，隨著模仿學(xué)習(xí)迭代次數(shù)的增加，行動與策略之間的沖突急劇減少。此外，初始策略與訓(xùn)練后獲得的策略相比，后者可減少機(jī)器人的等待時間。

之后，研究者還用 25 個真實參與者評估了 VARIL 是如何影響用戶體驗的。在倉庫中，每個參與者都被要求操作一個虛擬人，并填寫一份主觀評價調(diào)查問卷。

圖 | ARROCH 和 CRMIAR 兩種可視化系統(tǒng)（來源：CoRL）

真實人類參與者的實驗結(jié)果表明，與文獻(xiàn)中的兩種可視化系統(tǒng)（對照組）生成的基線相比，VARIL 技術(shù)能夠顯著提高人類與機(jī)器人交互效率，同時減少人類用戶的分心水平。

除了定性評估外，研究者還比較了人類學(xué)習(xí)期間的任務(wù)完成時間。結(jié)果顯示，VARIL 技術(shù)能夠使人類與多機(jī)器人協(xié)作團(tuán)隊的任務(wù)完成效率顯著提升，使機(jī)器人等待卸貨的時間降低了 15%。

雖然研究人員使用機(jī)器人演示 AR 人機(jī)交互系統(tǒng)，但是在真實世界中構(gòu)建和評估這種系統(tǒng)十分困難。

因為，人類工作人員需要在投遞站之間行走。在投遞站中，每個導(dǎo)航操作都可能需要很長時間。更復(fù)雜的是，機(jī)器人需要實時合作來完成任務(wù)，如果其中一個機(jī)器人被困在動態(tài)障礙上，可能會提前終止試驗。

開源模擬器可以模擬倉庫環(huán)境，避免出現(xiàn)上述問題。盡管這樣的模擬器并不能克服人機(jī)協(xié)作的所有挑戰(zhàn)，但它能夠令 AR 研究人員專注于設(shè)計算法，而不是繁瑣的軟件開發(fā)工作。

未來，研究團(tuán)隊還將通過問卷調(diào)查的方式進(jìn)一步評估 VARIL 的用戶體驗，并優(yōu)化 VR 人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)。

參考資料

Kishan Chandan，Jack Albertson, Shiqi Zhang，CoRL，（2022）.https://kishanchandan.github.io/varil.html

編輯：黃飛

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問：什么是服務(wù)機(jī)器人？答：根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(InternationalFederationofRobotics，IRF)的定義，服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能幫助人類完成除生產(chǎn)

2021-09-17 07:49:47

代替人類完成危險性較大實驗的雙臂機(jī)器人——Mahoro

` 由日本自電機(jī)巨頭安川株式會社和日本國立先進(jìn)工業(yè)技術(shù)（AIST）研發(fā)一款機(jī)器人Mahoro。它可以代替人類成為實驗室的操作人員。不像以往的機(jī)器人，Mahoro擁有7個關(guān)節(jié)，這樣可以讓它像人類那樣

2015-01-22 14:42:31

企鵝機(jī)器人是怎么樣的？

，可以實現(xiàn)企鵝機(jī)器人對前方障礙物的識別，從而實現(xiàn)企鵝機(jī)器人的智能避障和互動表演。重要技術(shù)點:行走結(jié)構(gòu)、行走步態(tài)、語音播放、超聲波導(dǎo)航。

2016-03-29 17:29:52

會物體識別和語音識別的nao機(jī)器人

是nao機(jī)器人的偉大之處。面部探測與識別這是最廣為人知的一項互動功能。nao機(jī)器人可探測并學(xué)習(xí)記憶不同的面部，此后，它可對其進(jìn)行識別。語音合成nao機(jī)器人會說九種語言，在Choregraphe軟件

2015-02-13 14:09:50

使用旅游機(jī)器人需要注意哪些問題?

、講解互動功能　　新型的旅游機(jī)器人，可以在公共場與游客互動交流，與人進(jìn)行實時語音對話，通過語音識別、人屏交互等方式，為人提供智能化、人性化的咨詢、指導(dǎo)、產(chǎn)品宣傳、迎賓接待等服務(wù)?！　?、看路徑導(dǎo)航

2020-06-12 17:04:58

關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的知識匯總

工業(yè)機(jī)器人的四大特征是哪些？工業(yè)機(jī)器人是由哪些部分組成的？工業(yè)機(jī)器人是怎樣進(jìn)行劃分的？

2021-10-11 09:10:17

寫字機(jī)器人程序

求一套寫字機(jī)器人的程序，用arduino編寫的。怎么實現(xiàn)

2020-10-17 15:20:25

華南機(jī)器人應(yīng)用培訓(xùn)中心工業(yè)機(jī)器人培訓(xùn)班招生

機(jī)器人是先進(jìn)的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科高新技術(shù)于一體，技術(shù)附加值很高。對提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量、保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率

2015-09-02 14:03:18

協(xié)作型機(jī)器人的應(yīng)用類型

機(jī)交互技術(shù)。機(jī)器人CPS可以使用視覺系統(tǒng)來檢測，跟蹤和手勢識別人類，也可以使用來自人類的音頻信號命令機(jī)器人。各類傳感器和執(zhí)行器可以使三者之間產(chǎn)生多種不同的交互方式。　　在人機(jī)協(xié)作中，會在CPS中應(yīng)用多種

2020-12-01 14:24:33

單片機(jī)可視化編程

單片機(jī)的可視化編程是不是指在環(huán)境下避開復(fù)雜的指令編寫而通過圖形的方式產(chǎn)生指令代碼?-在可視化的條件下是否可以觀察到仿真的結(jié)果?是的。不過仿真的結(jié)果不能夠直接觀察到，而要通過將生成的代碼裝載到仿真器工具中才能看到。

2011-07-08 16:56:06

基于圖像的機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)該怎么設(shè)計？

　　制造出像人一樣具有智能的能替代人類勞動的機(jī)器人，一直是人類的夢想，人類獲取的信息80%以上是通過視覺。因此，在智能機(jī)器人的研究中，具有視覺的機(jī)器人的研究也就成了第一位的。對機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的研究是機(jī)器人領(lǐng)域中的重要內(nèi)容之一，其研究成果可應(yīng)用在機(jī)器人自動避障、軌跡跟蹤和運動目標(biāo)跟蹤等問題中。

2019-09-27 08:07:35

基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的智能機(jī)器人

——工業(yè)機(jī)器人的智能化程度要求也越來越高，采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)為工業(yè)機(jī)器人賦能是目前各大廠商的統(tǒng)一認(rèn)知。本文結(jié)合實際案例，簡要說明一下智能機(jī)器人的實現(xiàn)流程。一、智能機(jī)器人概念人工智能技術(shù)，其主要作用就是用

2018-05-31 09:36:03

多軸機(jī)器人的發(fā)展趨勢

/VALproduct/uniVAL三種編程方法滿足集成商、最終用戶、設(shè)備商的不同需求。可實現(xiàn)多機(jī)器人同步，人機(jī)協(xié)作。）作為一種成本低廉、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的自動化機(jī)器人系統(tǒng)解決方案，多軸機(jī)器人可以被應(yīng)用于點膠、滴塑、噴涂

2020-07-29 06:57:04

如何實現(xiàn)擁有強(qiáng)悍功能智能巡檢機(jī)器人

處理后出具現(xiàn)場狀態(tài)的巡檢監(jiān)測報告，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)可視化。03選型方案經(jīng)過多輪測試，該廠商最終選擇將飛凌嵌入式FETMX8MP-C核心板作為這款智能巡檢機(jī)器人產(chǎn)品的主控平臺，以滿足客戶對機(jī)器視覺和高速接口

2023-04-12 15:49:23

如何實現(xiàn)移動機(jī)器人的設(shè)計？

管理移動機(jī)器人的導(dǎo)航算法的實現(xiàn)和多任務(wù)的執(zhí)行。實驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)避障和導(dǎo)航功能并能順利達(dá)到目的地?！　?/div>

2020-11-23 15:08:52

如何打造出與人類自然交流的機(jī)器人？

促進(jìn)客戶和聊天機(jī)器人之間的日常互動。超過一半(52%)的消費者認(rèn)為人工智能對他們的生活有積極影響，而我們的目標(biāo)是為客戶提供更好的體驗。以此目標(biāo)作為起點，我們專注于識別并貫徹能夠促使人機(jī)交流合作的機(jī)器

2020-10-22 06:22:10

如何把AD中非可視化區(qū)域物件移到可視化區(qū)域？

AD中非可視化區(qū)域物件怎么移到可視化區(qū)域？？？

2019-09-10 05:36:41

如何設(shè)計智能滅火機(jī)器人控制器？

應(yīng)用對象相結(jié)合后的系統(tǒng)，其是硬件和軟件緊密捆綁在一起的系統(tǒng)。將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于滅火機(jī)器人的設(shè)計中，對機(jī)器人的性能智能化、網(wǎng)絡(luò)化、小型化都有了明顯提高。比賽用滅火機(jī)器人需要機(jī)器人有智能較高的自動控制

2019-07-31 06:23:18

嵌入式模塊化機(jī)器人的路徑怎么規(guī)劃？

隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、可配置化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化。機(jī)器人的內(nèi)涵

2019-08-20 07:21:01

工業(yè)機(jī)器人在五個領(lǐng)域的應(yīng)用

在機(jī)器人系統(tǒng)中實現(xiàn)冗余，以快速檢測并防止任何可能的碰撞情況。希望此博客可以終結(jié)您對人機(jī)互動的焦慮，并支持機(jī)器人的興起。如果您想更詳細(xì)地了解工廠自動化中的機(jī)器人，只需等待，因為“我會回來。德國慕尼黑電子展

2019-03-06 06:45:09

工業(yè)機(jī)器人普及之后會對社會產(chǎn)生什么影響？

工業(yè)機(jī)器人普及之后會對社會產(chǎn)生什么影響？1. 通用性工業(yè)機(jī)器人可編程，支持多自由度運動，因此應(yīng)用較靈活。雖然不及人類（如冷哲說的產(chǎn)線上只要早上花十分鐘介紹下新工藝就可以開工新產(chǎn)品了），但相對于很多

2016-03-07 14:32:49

工業(yè)機(jī)器人模塊化教學(xué)工作站是什么

ZNT-MK01工業(yè)機(jī)器人模塊化教學(xué)工作站是什么？ZNT-MK01工業(yè)機(jī)器人模塊化教學(xué)工作站有哪些技術(shù)性能？

2021-09-28 07:35:14

工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)原理

及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜?b class="flag-6" style="color: red">機(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理?！　」I(yè)機(jī)器人主要用于汽車、電子行業(yè)，這兩個行業(yè)占比達(dá)到59%，其中汽車行業(yè)機(jī)器人的密度已經(jīng)成為衡量一個國家智能化水平的重要指標(biāo)。`

2018-11-23 10:40:38

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AR可視化可實現(xiàn)人類與機(jī)器人之間產(chǎn)生互動

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