Computaci on ESTUDIO DE LA DINAMICA DE LOS ROLES...

DoctoradoIngenierıaSistemas y

Computacion

Javier Corredor

Introduccion

Sistemas deTeleoperacion

Componentes

Transparencia

Humano-Robot

Robotica Clasica

Manipulacioncooperativa

Telerobot en Red

Teleoperacion

Tareas

PerspectivaHistorica

Antecedentes

Problema ehipotesis

Objetivos

EnfoqueMetodologico

Preguntas yRespuestas

ESTUDIO DE LA DINAMICA DE LOSROLES ASUMIDOS EN LA OPERACION

DE SISTEMAS TELEOPERADOS

Javier CorredorDirector:

Jorge Sofrony Ph.D.

Universidad Nacional de ColombiaDoctorado en Ingenierıa - Sistemas y Computacion

Grupo de Trabajo en Nuevas Tecnologıas de Diseno, Manufactura yAutomatizacion - DIMA UN

10 de enero de 2011

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ESTUDIO DE LA DINAMICA DE LOS ROLES ASUMIDOSEN LA OPERACION DE SISTEMAS TELEOPERADOS

El rol:

(Del ingles. role, papel de un actor).Cargo o funcion que alguien o algo cumple en alguna

situacion o en la vida.Diccionario de la Real Academia Espanola de la Lengua.

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AgendaSistemas de Teleoperacion

Componentes del Sistema de TeleoperacionTransparencia

Interaccion Humano y RobotRobotica ClasicaManipulacion Cooperativa Humano-RobotTelerobot en RedTeleoperacion

Tareas Representativas en Teleoperacion

Perspectiva HistoricaAntecedentes en el area del proponente

Problema e hipotesis

Objetivos

Enfoque Metodologico

Preguntas y Respuestas

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Sistema de TeleoperacionComponentes

Figura 1: Sistema de teleoperacion bilateral

Objetivo de un sistema de teleoperacion

Sensacion de Presencia

Transparencia

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Sistema de TeleoperacionTransparencia

Figura 2: Transparencia en un sistema de teleoperacion Zt ≈ Ze

Z = Fx Impedancia mecanica

Definicion:En teleoperacion, transparencia se refiere al grado decoordinacion presente entre la impedancia percibida por eloperador a traves de la interfaz de teleoperacion (Zt) y laimpedancia del entorno remoto(Ze).

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Interaccion Humano y RobotRobotica Clasica

Figura 3: Interaccion robot y entorno - sin operador humano, niretardo

Programacion fuera de lınea

Entornos bien conocidos

Tareas repetitivas

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Interaccion Humano y RobotManipulacion Cooperativa Humano-Robot

Figura 4: Estrategia cooperativa de especializacion entrehumano-humano

Division de rol entre lıder y seguidor, un operador lidera elmovimiento del objeto, el otro agente sigue el movimientodel lıder.

Referencias:K. B. Reed y M. A. Peshkin, “Physical Collaboration of Human-Human and Human-Robot Teams,” IEEE Transactions on Haptics, vol. 1, n. 2, Jul. 2008.P. Evrard y A. Kheddar, “Homotopy switching model for dyad haptic interaction in physical collaborative tasks,” in EuroHaptics conference and Symposiumon Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems. World Haptics 2009. Third Joint.

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Interaccion Humano y RobotTelerobots en Redes de Comunicacion

Figura 5: Telerobot en red - Con operador humano y retardo

Acceso remoto por comandos de alto nivel

Entornos bien conocidos

Supervision remota

Percepcion del entorno remoto es limitada

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Interaccion Humano y Robot en teleoperacionTeleoperacion Bilateral

Figura 6: Interaccion directa del operador humano con retardo detiempo en teleoperacion

Envıo de comandos en tiempo real

Entornos desconocidos o parcialmente conocidos

Control directo

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Interaccion Humano y Robot en teleoperacionTeleoperacion Bilateral

Figura 7: Teleoperacion bilateral basada en modelo

Para retardos de tiempo considerables

Problema abierto de investigacion, cuando el entornovarıa rapidamente

Referencias:C. Tzafestas, S. Velanas, y G. Fakiridis, “Adaptive impedance control in haptic teleoperation to improve transparency under time-delay,” in Robotics andAutomation, 2008. ICRA 2008. IEEE International Conference on, pags. 212 -219, 2008.P. Mitra, D. Gentry, y G. Niemeyer, “User Perception and Preference in Model Mediated Telemanipulation,” presented at the EuroHaptics Conference, 2007and Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems. World Haptics 2007. Second Joint, pags. 268-273, 2007.

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Tareas en Sistemas de TeleoperacionTareas Representativas

Figura 8: Primitivas de seguimiento y evasion de obstaculos -Tarea: Recorrer un laberinto

Ayudas del lado del maestro: Campos potenciales

Ayudas del lado del esclavo: Dispositivos virtualesRequieren:

Conocimiento del entornoDesarrollo de entornos virtuales del lado del maestroConocimiento de las primitivas de la tareaEstrategias compliantes de control de robots

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Tareas en Sistemas de TeleoperacionTareas Representativas en Teleoperacion

Para Asistir en la interaccion con elentorno se requiere:

Estrategias de control compliante

Reducir la velocidad de impacto con elentorno

Estimar el movimiento del operador

Pero, se pierde la transparencia en laejecucion de la tarea Figura 9: Primitivas

de interaccion conel entorno: Tarea deensamble

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Sistema de TeleoperacionPerspectiva Historica

Figura 10: Goertz (50s) - Manipulacion material radiactivo

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Figura 11: CRL (1982) - Model M2

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Figura 12: JPL-ATOP (1990) Estacion de Control

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Figura 13: ROTEX (1993). Primer Telerobot en el Espacio yoperador en la tierra

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Figura 14: Operacion Lindberg (2001). Telerobot primera cirugıatranscontintental

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Figura 15: ROKVISS (2004) Telerobot en el espacio -realimentacion haptica

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Figura 16: Da Vinci (2008) Intuitive Surgical Inc.

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Sistema de TeleoperacionTrabajo desarrollado por el proponente

Tesis de Maestrıa - Mencion meritoria - “Interconexiony Supervision remota por medio de internet de unacelda de manufactura flexible”, Marzo de 2008.

Publicaciones:Javier Corredor, Ernesto Cordoba y Jorge Sofrony. “Interconnection and remote Supervision of aFlexible Manufacturing Cell through the Internet” En: Colombia. 2007. Evento: 23rd ISPEInternational Conference on CAD/CAM, Robotics & Factories of the Future - Cars&Fof’ 07,Proceedings Of The 23rd Ispe International Conference On Cars & Fof’07, Universidad MilitarNueva Granada , p.545 - 549 , v.2 , fasc.1, ISBN 978-958-978-597-3

Javier Corredor y Ernesto Cordoba. “Interconexion y supervision remota por medio de internetde una celda de manufactura flexible” En: Peru. 2007. Evento: 8 Congreso Iberoamericano deIngenierıa Mecanica, Ponencia: Libro virtual de memorias del congreso iberoamericano deIngenierıa Mecanica CIBIM-8, Ediciones Pontificia Universidad Catolica Del Peru , p.1 - 8 , v.1,fasc.1, ISBN: 9789972288

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Poyecto de investigacion Colciencias No 19971,“Accesibilidad a las celdas de manufactura flexibleautomatizadas a traves de la red nacional RENATA einternacional red CLARA para supervisar y controlar suestado y funcionamiento”, jun 2008 - dic 2009

Publicaciones:Javier Corredor, David Escobar, Xavier Corredor, David Fuenmayor, Jorge Sofrony y ErnestoCordoba. “Accesibilidad a la Celda de Manufactura Flexible del Laboratorio de Mecatronica atraves de la Red Academica de Tecnologia Avanzada Colombia (RENATA)”. Bogota. Colombia,IV Congreso Internacional de Ingenierıa Mecanica y II de Ingenierıa Mecatronica, 8 y 9 deoctubre de 2009, ISBN: 978-958-719-330-5

Javier Corredor, David Escobar, Xavier Corredor, Gabriel Manana, Javier Duque y FabianCamargo, “Teleoperacion de Celda de Manufactura Flexible a traves de la Red NacionalAcademica de Tecnologia Avanzada Colombia (RENATA)”, Memorias del VIII Congreso de laAsociacion Colombiana de Automatica Version 2009. Universidad Tecnologica de Bolivar.http://congresos.unitecnologica.edu.co/aca2009/, ISBN 978-958-8387-23-91.

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Figura 17: Telop-CMF Unal - (2008). Interfaz acceso CeldaManufactura Flexible - Unal

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Sistema de TeleoperacionTrabajo desarrollado por el proponente - Resultados

Logros:

Cuso de capacitacion virtual con acceso a maquinas cncy robot manipulador

Plataforma disponible a traves de Internet, RENATA yCLARA. Entre Unal, ITESM, UAO, Uni. Andes yRobotica ID

Telecomando y supervision remota de la celda demanufactura flexible

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Sistema de TeleoperacionTrabajo desarrollado por el proponente - Retos

En tareas de manipulacion remota no es suficiente elesquema propuesto porque se requiere:

Entorno remoto conocido y estatico

Programacion fuera de lınea

Tareas basicas de ensamble requieren asistencia en elsitio remoto por operadores humanos

La experiencia del usuario esta limitada por lavisualizacion del video

Referencias:D. Song, K. Goldberg, y N. Y. Chong, “Networked Telerobots,” in Springer Handbook of Robotics, B. Siciliano y O. Khatib,Eds. Springer Berlin Heidelberg, 2008, pags. 759-771.

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Problema e Hipotesis

Problema:

El modelo prevalente utilizado en sistemas de tele-operacionconsidera solamente relaciones estaticas en la interaccionoperador-telerobot (i.e. maestro-esclavo). Este modelo notiene en cuenta informacion adicional que se encuentradisponible tanto al lado remoto como local, lo que permitirıaobtener un modelo mas preciso de los sistemas de tele-operacion.

Como resultado, las tecnicas que asisten actualmente al ope-rador para realizar una tele-tarea degradan la transparencia delsistema. Nuevos enfoques deben ser propuestos para resolvereste problema.

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Problema e Hipotesis

Hipotesis:

La adopcion de un nuevo modelo dinamico, i.e., un modeloque considere la dinamica de los roles en la ejecucion de unatarea remota, mejorara de forma ostensible la transparenciaen los sistemas de tele-operacion.

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Objetivos



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Objetivos

GeneralUtilizar un nuevo enfoque en el estudio de los sistemas detele-operacion, que considere la dinamica de los rolesoperador-telerobot y que permita, en consecuencia, obtenerun modelo dinamico que se ajuste de forma mas precisa alfuncionamiento real de estos sistemas.

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Objetivos

Especıficos

1 Determinar como representar la dinamica del rol paralos dispositivos maestro y esclavo

2 Determinar una estrategia que permita dividir los rolesdinamicamente en la ejecucion de la tarea

3 Determinar como el retardo de tiempo en el canal decomunicacion, incide en la estrategia basada en roles

4 Evaluar la incidencia de la estrategia de divisiondinamica del rol en la transparencia en la ejecucion dela tarea remota en un sistema teleoperado

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Figura 18: Esquema resumen de las actividades para cumplir losobjetivos propuestos

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Preguntas y Respuestas.

Presentacion disponible en

http://ungrid.unal.edu.co/phd/jcorredorc/index.htm

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