Telerobótica - Telerobotics

Robô de segurança Justus patrulhando em Cracóvia

A telerobótica é a área da robótica voltada para o controle de robôs semiautônomos à distância, principalmente por meio de redes sem fio (como Wi-Fi , Bluetooth , Deep Space Network e similares) ou conexões tethered. É uma combinação de dois subcampos principais, teleoperação e telepresença .

Teleoperação

A teleoperação indica a operação de uma máquina à distância. Tem um significado semelhante à frase "controle remoto", mas geralmente é encontrada em ambientes de pesquisa, acadêmicos e técnicos. É mais comumente associado à robótica e robôs móveis, mas pode ser aplicado a uma ampla gama de circunstâncias em que um dispositivo ou máquina é operado por uma pessoa à distância.

Early Telerobotics (Rosenberg, 1992) US Air Force - Virtual Fixtures system

Teleoperação é o termo mais comum, usado tanto na comunidade de pesquisa quanto na comunidade técnica, para se referir à operação à distância. Isso se opõe a " telepresença ", que se refere ao subconjunto de sistemas telerobóticos configurados com uma interface imersiva de forma que o operador se sinta presente no ambiente remoto, projetando sua presença através do robô remoto. Um dos primeiros sistemas de telepresença que permitiu aos operadores se sentirem presentes em um ambiente remoto por meio de todos os sentidos primários (visão, som e tato) foi o sistema Virtual Fixtures desenvolvido nos Laboratórios de Pesquisa da Força Aérea dos EUA no início dos anos 1990. O sistema permitiu que os operadores executassem tarefas hábeis (inserir cavilhas nos orifícios) remotamente, de forma que o operador se sentisse como se estivesse inserindo as cavilhas, quando na verdade era um robô executando a tarefa remotamente.

Um telemanipulador (ou teleoperador ) é um dispositivo controlado remotamente por um operador humano. Em casos simples, as ações de comando do operador de controle correspondem diretamente às ações no dispositivo controlado, como por exemplo em um modelo de aeronave controlado por rádio ou um veículo de submersão profunda amarrado. Onde atrasos nas comunicações tornam o controle direto impraticável (como um rover planetário remoto), ou é desejado reduzir a carga de trabalho do operador (como em um espião controlado remotamente ou aeronave de ataque), o dispositivo não será controlado diretamente, em vez de ser comandado para seguir um caminho especificado. Em níveis crescentes de sofisticação, o dispositivo pode operar de forma um tanto independente em questões como evitar obstáculos, também comumente empregado em rovers planetários.

Dispositivos projetados para permitir que o operador controle um robô à distância às vezes são chamados de robótica telecérica.

Dois componentes principais da telerobótica e da telepresença são as aplicações visuais e de controle. Uma câmera remota fornece uma representação visual da visão do robô. Colocar a câmera robótica em uma perspectiva que permita o controle intuitivo é uma técnica recente que, embora baseada em Ficção Científica ( Robert A. Heinlein 's Waldo 1942), não foi frutífera, pois a velocidade, resolução e largura de banda só recentemente foram adequadas para a tarefa. de ser capaz de controlar a câmera do robô de uma forma significativa. Usando uma tela tipo head-mounted display , o controle da câmera pode ser facilitado pelo rastreamento da cabeça, conforme mostrado na figura abaixo.

Isso só funciona se o usuário se sentir confortável com a latência do sistema, o atraso na resposta aos movimentos, a representação visual. Quaisquer problemas como resolução inadequada, latência da imagem de vídeo, atraso no processamento mecânico e computadorizado do movimento e resposta e distorção ótica devido às lentes da câmera e lentes de exibição do cabeçote podem causar o " enjôo do simulador " do usuário , isto é exacerbado pela falta de estimulação vestibular com representação visual do movimento.

A incompatibilidade entre os movimentos dos usuários, como erros de registro, atraso na resposta do movimento devido à filtragem excessiva, resolução inadequada para pequenos movimentos e velocidade lenta, podem contribuir para esses problemas.

A mesma tecnologia pode controlar o robô, mas então os problemas de coordenação olho-mão se tornam ainda mais difundidos pelo sistema e a tensão ou frustração do usuário pode tornar o sistema difícil de usar.

A tendência de construir robôs é minimizar os graus de liberdade, pois isso reduz os problemas de controle. Melhorias recentes em computadores mudaram a ênfase para mais graus de liberdade, permitindo dispositivos robóticos que parecem mais inteligentes e mais humanos em seus movimentos. Isso também permite uma teleoperação mais direta, pois o usuário pode controlar o robô com seus próprios movimentos .

Interfaces

Uma interface telerobótica pode ser tão simples quanto uma interface MMK comum (monitor-mouse-teclado). Embora não seja imersivo, é barato. Os telerobóticos impulsionados por conexões de internet são freqüentemente desse tipo. Uma modificação valiosa do MMK é um joystick, que fornece um esquema de navegação mais intuitivo para o movimento planar do robô.

As configurações de telepresença dedicadas utilizam um display tipo head-mounted display com um ou dois olhos e uma interface ergonomicamente combinada com joystick e botão relacionado, controle deslizante e controles de gatilho.

Outras interfaces mesclam interfaces de realidade virtual totalmente imersivas e vídeo em tempo real, em vez de imagens geradas por computador. Outro exemplo seria usar uma esteira omnidirecional com um sistema de display imersivo, de forma que o robô seja conduzido pela pessoa que anda ou corre. Modificações adicionais podem incluir exibições de dados combinados, como imagens térmicas infravermelhas, avaliação de ameaças em tempo real ou esquemas de dispositivos.

Formulários

Espaço

Conceito de exploração telerobótica NASA HERRO (Human Exploration using Real-time Robotic Operations)

Com exceção do programa Apollo , a maior parte da exploração espacial foi conduzida com sondas espaciais telerobóticas . A maior parte da astronomia baseada no espaço , por exemplo, foi conduzida com telescópios telerobóticos . A missão russa Lunokhod-1 , por exemplo, colocou um rover dirigido remotamente na lua, que foi dirigido em tempo real (com um atraso de 2,5 segundos na velocidade da luz) por operadores humanos no solo. Os programas de exploração planetária robótica usam espaçonaves que são programadas por humanos em estações terrestres, essencialmente alcançando uma forma de operação telerobótica de longo retardo. Exemplos recentes notáveis ​​incluem os rovers de exploração de Marte (MER) e o rover Curiosity . No caso da missão MER, a espaçonave e o rover operavam em programas armazenados, com os motoristas do rover no solo programando a operação de cada dia. A Estação Espacial Internacional (ISS) usa um telemanipulador de dois braços chamado Dextre . Mais recentemente, um robô humanoide Robonauta foi adicionado à estação espacial para experimentos telerobóticos.

A NASA propôs o uso de sistemas telerobóticos altamente capazes para a exploração planetária futura usando a exploração humana em órbita. Em um conceito de Exploração de Marte proposto por Landis , uma missão precursora a Marte poderia ser feita em que o veículo humano traz uma tripulação a Marte, mas permanece em órbita ao invés de pousar na superfície, enquanto um robô remoto altamente capaz é operado em real tempo na superfície. Tal sistema iria além da simples robótica de longo retardo e mudaria para um regime de telepresença virtual no planeta. Um estudo deste conceito, o conceito de Exploração Humana usando Operações Robóticas em Tempo Real (HERRO), sugeriu que tal missão poderia ser usada para explorar uma ampla variedade de destinos planetários.

Telepresença e videoconferência

iRobot Ava 500, um robô de telepresença itinerante autônomo.

A prevalência de videoconferência de alta qualidade usando dispositivos móveis, tablets e computadores portáteis permitiu um crescimento drástico em robôs de telepresença para ajudar a dar uma melhor sensação de presença física remota para comunicação e colaboração no escritório, em casa, na escola, etc. quando não se pode estar lá pessoalmente. O avatar do robô pode se mover ou olhar ao redor ao comando da pessoa remota.

Houve duas abordagens principais que utilizam a videoconferência em um monitor 1) robôs de telepresença de mesa - normalmente montam um telefone ou tablet em um suporte de mesa motorizado para permitir que a pessoa remota olhe ao redor em um ambiente remoto girando e inclinando a tela ou 2) robôs de telepresença dirigíveis - normalmente contêm um display (telefone ou tablet integrado ou separado) montado em uma base de roaming. Os robôs de telepresença de roaming mais modernos podem incluir a capacidade de operar de forma autônoma. Os robôs podem mapear o espaço e evitar obstáculos enquanto se dirigem entre as salas e suas estações de acoplamento.

Os sistemas tradicionais de videoconferência e salas de telepresença geralmente oferecem câmeras Pan / Tilt / Zoom com controle remoto. A capacidade do usuário remoto de virar a cabeça do dispositivo e olhar ao redor naturalmente durante uma reunião é frequentemente vista como a característica mais forte de um robô de telepresença. Por esse motivo, os desenvolvedores surgiram na nova categoria de robôs de telepresença de desktop que se concentram neste recurso mais forte para criar um robô de custo muito mais baixo. Os robôs de telepresença de mesa, também chamados de robôs de cabeça e pescoço, permitem que os usuários olhem ao redor durante uma reunião e são pequenos o suficiente para serem carregados de um local para outro, eliminando a necessidade de navegação remota.

Alguns robôs de telepresença são muito úteis para algumas crianças com doenças crônicas, que não podiam frequentar a escola regularmente. As tecnologias inovadoras mais recentes podem aproximar as pessoas e permitir que permaneçam conectadas umas às outras, o que as ajuda significativamente a superar a solidão.

Aplicações marítimas

Veículos marítimos operados remotamente (ROVs) são amplamente usados ​​para trabalhar em águas muito profundas ou muito perigosas para mergulhadores. Eles consertam plataformas de petróleo offshore e prendem cabos a navios afundados para içá-los. Eles geralmente são presos por uma corda a um centro de controle em um navio de superfície. O naufrágio do Titanic foi explorado por um ROV, bem como por uma embarcação operada por uma tripulação.

Telemedicina

Além disso, muitas pesquisas telerobóticas estão sendo feitas no campo de dispositivos médicos e sistemas cirúrgicos minimamente invasivos. Com um sistema de cirurgia robótica , um cirurgião pode trabalhar dentro do corpo através de pequenos orifícios grandes o suficiente para o manipulador, sem a necessidade de abrir a cavidade torácica para permitir que as mãos entrem.

Robôs de resposta a emergências e policiais

O NIST mantém um conjunto de padrões de teste usados ​​para Resposta a Emergências e sistemas telerobóticos de aplicação da lei.

Outras aplicações

Manipuladores remotos são usados ​​para manusear materiais radioativos .

A telerobótica tem sido usada em peças de arte de instalação ; O Telegarden é um exemplo de projeto em que um robô foi operado por usuários através da web.

Veja também

Referências

links externos