18、机器人物理交互技术的进展与挑战

机器人物理交互技术的进展与挑战

1. 远程物理交互

远程临场感是远程机器人领域的重要挑战之一。它能让人在远程环境中“在场”，具有广泛的应用，如远程会议、家庭监控、建筑监视、太空探索和家庭协助等。远程临场系统旨在通过网络扩展我们的传感和运动能力，使其能延伸到任何远程环境。

目前的远程临场系统在感知和操作远程环境方面，操作能力仍很有限。通常，它由配备摄像头、扬声器和麦克风的移动机器人组成，能让人探索、观察、交谈和倾听远程空间，但无法与环境进行交互。若能实现远程环境的探索与交互，将带来新的可能性，如远程关闭窗户、关闭忘开的灯、回家前检查食物储备等。而且，操作身边环境中的机器人对行动不便的人也很有用。

以往的研究主要集中在直接控制的远程操作，即人在操作控制回路中，使用触觉设备控制机器人手臂的每个动作。但这种方法存在问题，如操作员疲劳、网络延迟处理困难，且需要用户端配备特殊设备。当前趋势是向监督控制或共享控制发展，让机器人具备一定自主能力。在这些方法中，人作为机器人行动的监督者，发出高级命令，机器人将高级任务分解为本地控制的低级动作，从而解决了直接控制的问题：
- 用户无需触觉设备等特殊装备，可通过基于网络的界面或特殊应用向机器人发送高级命令。
- 机器人本地控制，无需通过网络传输对时间敏感的传感器信号，克服了时间延迟问题。
- 用户疲劳显著降低，无需控制机器人的低级运动。

基于相关研究，我们设想在远程临场方面取得新进展，为现有的视觉、通信和移动能力增加自主操作能力。远程用户可在计算机或移动设备上接收机器人操作环境的地图和实时视频，像传统远程临场系统一样远程控制机器人探索环境。机器人定位后，会显示摄像头视野内的物体列表及可对其执行的动作。用