Teleoperace robotické ruky pro sebe-kontakt v reálném čase

Abstract

Mechanismy, kterými lidé lokalizují dotek na svém těle, nejsou dosud zcela objasněny. Jedním ze způsobů, jak prohloubit naše chápání hmatové lokalizace, je zavést roboticky zprostředkovaný sebedotek (tj. dotyk směrem k vlastnímu tělu), aby se pohyby oddělily od jejich hmatových důsledků (Cataldo et al. 2021, 2022). Dosavadní studie však postrádají vhodné podmínky volného pohybu, aby bylo možné zkoumat vliv propriocepce oproti dotyku při sebedotyku při změně kinematických parametrů (Patane et al. 2012). Tento nedostatek lze překlenout použitím systému pro snímání pohybu ve spojení s teleoperovaným robotickým manipulátorem s umělým prstem. Tato práce se zaměřuje na technickou část, tedy úlohu teleoperace v reálném čase s přidanou transformací mezi pohybem a dotykem, s minimálním zpožděním na úroveň nerozlišitelnou pro účastníky experimentu, protože čas je v takových studiích kritický. V této práci je kladen důraz na bezpečnost a použitelnost s důrazem na zmírněním rizik a na vytvoření uživatelsky jednoduchého grafického uživatelského rozhraní. Efektivita nástroje byla ověřena pilotními experimenty, které potvrdily jeho potenciál pro rozvoj výzkumu v oblasti lidského smyslového vnímání, což má potenciální dopad na oblasti interakce člověka s robotem, navrhování protéz a na rehabilitační intervence.

The mechanisms by which humans localize touch on their bodies are not yet fully understood. Specific manipulations of tactile localization are needed to improve understanding. One possibility is to exploit self-contact when humans slide over their skin surface, but use a robotic arm in the middle (Cataldo et al. 2021, 2022). However, current state-of-the-art studies lack the ecological conditions of free movement to investigate the influence of proprioception versus touch during self-touch by changing forward kinematic parameters (Patane et al. 2012). This gap can be bridged by using a motion capture system in conjunction with a teleoperated robotic manipulator equipped with an artificial finger. This thesis focuses on the technical part, a real-time teleoperation task with the additional transformation of a motor-to-touch gain, with latency minimized to levels indistinguishable for participants of an experiment as timing is crucial in such studies. It further emphasizes safety and usability, with thorough risk mitigation and the creation of a simple to use graphical user interface. The effectiveness of the tool was verified through pilot experiments, validating its potential to advance research in human sensory perception, which has a potential impact on the fields of human-robot interaction, prosthetic design, and rehabilitation interventions.