Haptic role allocation and intention negotiation in human-robot collaboration

Abstract

Bu tezin amacı, insan ve robotların dahil olduğu fiziksel işbirliği süreçleri içindoğal bir ortak kontrol sistemi kurulmasını sağlayacak bir bakış açısı geliştirmektir.Robotların insanlarla beraber tamamlamaya çalıştığı görevler karmaşık ve dinamikhale geldikçe, insan-insan iletişimine benzer mekanizmalar ile iletişim sağlama ihtiyacıdoğmaktadır. Ancak, varolan sistemlerin çoğu, çok kipli iletişimin zenginliğindençok performansı iyileştirmeyi hedeflemektedir. Bu tezde, insan ve robot arasındakiiletişimin, robotun, insanın niyetini algılayıp kendi kontrol seviyesini dinamik olarakayarlayabildiği bir karar verme süreci sayesinde geliştirilebileceği öne sürülmektedir.Bu amaçla, lider ve takipçi rolleri tanımlanmış ve partnerlerin sadece kuvvet kanalıaracılığıyla anlaşarak rollerini dinamik olarak değiştirmeleri sağlanmıştır.Amacımız, insan-robot işbirliğinin kuvvet tabanlı bir rol değişim mekanizmasıile sanal ve fiziksel dünyada nasıl geliştirilebileceğini araştırmaktır. Bulgularımız,rol değişimi içermeyen bir

This dissertation aims to present a perspective to build more natural shared controlsystems for physical human-robot cooperation. As the tasks become more complexand more dynamic, many shared control schemes fail to meet the expectation of aneffortless interaction that resembles human-human sensory communication. Sincesuch systems are mainly built to improve task performance, the richness of sensorycommunication is of secondary concern. We suggest that effective cooperation canbe achieved when the human?s and the robot?s roles within the task are dynamicallyupdated during the execution of the task. These roles define states for the system,in which the robot?s control leads or follows the human?s actions. In such a system,a state transition can occur at certain times if the robot can determine the user?sintention for gaining/relinquishing control. Specifically, with these state transitionswe assign certain roles to the human and the robot. We believe that only by employingthe robot with tools to change its behavior during collaboration, we can improve thecollaboration experience.We explore how human-robot cooperation in virtual and physical worlds can beimproved using a force-based role-exchange mechanism. Our findings indicate thatthe proposed role exchange framework is beneficial in a sense that it can improvetask performance and the efficiency of the partners during the task, and decrease theenergy requirement of the human. Moreover, the results imply that the subjective acceptabilityof the proposed model is attained only when role exchanges are performedin a smooth and transparent fashion. Finally, we illustrate that adding extra sensorycues on top of a role exchange scheme is useful for improving the sense of interactionduring the task, as well as making the system more comfortable and easier to use,and the task more enjoyable.