Franka 科研版机器人二次开发和研究案例——法国普瓦埃大学

本次系列介绍Franka科研版机器人FR3在科学研究中的案例。本文为中文翻译，请参考原文，论文解释权和所有权属于原作者。

通过远程操作系统的半自动控制来重新表达 人工专业知识

Erwann Landais1, Nasser Rezzoug 2 and Vincent Padois11

INRIA，法国塔伦斯33400 2公共卫生研究所（CNRS，普瓦埃大学，ISAE-ENSMA），UPR 3346,86360普瓦埃埃， 法国

摘要

虽然在化学工业中寻找新的溶剂在环境考虑方面是最重要的，但这一领域仍然与专家对危 险产品的高度手工和目视检查密切相关。为了保证这项任务的安全和高效的执行，我们的 建议是将产品操作映射到Franka机械臂上，而用户对机械臂的控制有限。这一提议在一个实验中 进行了测试，实验邀请参与者通过直接处理执行类似的任务，然后在由保护屏障保护的条 件下，最后使用不同的轨迹调制变体进行远程操作。恢复的数据表明，虽然该任务确实可 以通过所提出的接口来实现，但所提出的变体在执行时间方面未能达到令人满意的性能。

关键词：人类专长、远程操作、实验评估

介绍动机

在一种化学溶液上市之前，必须找到一种符合环境和健康标准并使溶质溶解的 溶剂。在化学工业中，这通常是通过视觉评估所考虑的溶质在一系列溶剂中的 偿付能力来实现的。这需要相当多的专业知识（Abbott等人，2008年）。由于 所处理的化学品可能意味着重大危险（CMR物质、爆炸或热释放），因此使用  了机械防护屏障（通风柜、手套箱）。因此，专家们在危险和困难的条件下工 作，在身体和认知方面都有相当大的限制。

使用远程控制机器人执行这项任务，重现含有化学溶液的小瓶的运动，是我 们的一个潜在的解决方案，可以缓解这些限制，同时保留用户视觉和认知专业 知识的贡献。这个解决方案只有在它直观地转录了用户的手工专业知识（以避 免任何视觉和认知专业知识的退化），并且尊重该任务的手工要求(i。e.在受 保护罩限制的空间中进行的大振幅定向运动，而不会无意中降低物体的视觉特 征)。

在有限的工作空间中，使用机器人在线生成一个先验未知的运动序列并非没 有风险，特别是在性能受到威胁的情况下。我们的建议是将运动的控制分为两 部分：路径的控制（空间姿态的集合）和与该路径相关的轨迹的控制（沿着路 径的速度）。然后，用户就可以部分地控制机器人的功能运动，通过选择通用路径的类型，并通过在线轨迹生成器实时调制在该路 径上执行的轨迹，如在（Berscheid & Kroger，2021）中提出的轨迹。为 了验证这种交互可能性有限的远程操作系统是否能够像直接操作一样有效 地执行这种观察任务，我们进行了一项用户研究，比较了参与者在不同类 型的轨迹调制和直接操作方面的表现。

相关工作

远程操作是一种控制模式，通常用于处理放射性产品，如危险产品（Tokatli  等人，2021），或减少手术任务的认知和身体约束（Santos Carreras，2012  ) 。其中一个主要问题是以一种安全和有效的方式转录用户的移动。通常会选 择让用户直接控制机器人的动作，同时管理这些动作可能造成的安全风险。这 可以通过向用户传达任何超过限制的风险，并禁止任何可能导致这种情况的命 令来实现。这种交流可以通过显示虚拟双体（Pan等人，2021）或触觉（Lin等 人，2018）进行视觉化。为了确保达到所需的运动，所使用的工具甚至可以是 与用于操作的手臂相同的手臂（Singh等人，2020年）。这个解决方案的主要  限制是，它通常只传达执行任务的不可能性，而不是实现该任务的解决方案。对于定向上的大振幅运动，找到这样的解决方案通常是不直观的，需要重新学 习如何通过平台具体执行任务（Sakr et al.，2018）。然而，对于相对简单  的任务，移动可以分为一小部分，提前计划它们，让用户从中选择是很有趣的 。这种方法特别应用于（Aleotti & Caselli，2012），其中用户可以直观地  从预先计划的可用方法列表中选择捕获对象的方法。

此外，我们只能通过性能标准来衡量所提出的解决方案的有效性。经典的方 法是在系统被一组用户使用时，测量两种类型的指标。一方面，客观标准e。g. 完成任务所需的时间（Naceri等人，2021年），使用测量仪器进行记录。另一  方面，与界面质量相关的主观标准是通过由用户完成的标准化问卷来测量的，

如SUS（1995）或NASA TLX（Hart，2006）。的标准评估界面的性能  高度依赖于选择的任务可接受的感觉（布鲁克，1995）和他们的相关性很难保 证先验如用户敏捷的感觉（Sagheb et al.，2023），一组标准经常用于评估。

用户研究