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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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Problema ehipotesis
Objetivos
EnfoqueMetodologico
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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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EnfoqueMetodologico
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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
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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
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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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Objetivos
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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 ClasicaManipulacion Cooperativa Humano-RobotTelerobot en RedTeleoperacion
Tareas Representativas en Teleoperacion
Perspectiva HistoricaAntecedentes en el area del proponente
Problema e hipotesis
Objetivos
Enfoque Metodologico
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Objetivos
EnfoqueMetodologico
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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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Objetivos
EnfoqueMetodologico
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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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Objetivos
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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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Objetivos
EnfoqueMetodologico
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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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Problema ehipotesis
Objetivos
EnfoqueMetodologico
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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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Problema ehipotesis
Objetivos
EnfoqueMetodologico
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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
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Objetivos
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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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Objetivos
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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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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
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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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Sistema de TeleoperacionPerspectiva Historica
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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EnfoqueMetodologico
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Sistema de TeleoperacionPerspectiva Historica
Figura 15: ROKVISS (2004) Telerobot en el espacio -realimentacion haptica
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Objetivos
EnfoqueMetodologico
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Sistema de TeleoperacionPerspectiva Historica
Figura 16: Da Vinci (2008) Intuitive Surgical Inc.
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EnfoqueMetodologico
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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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Objetivos
EnfoqueMetodologico
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Sistema de TeleoperacionTrabajo desarrollado por el proponente
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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Objetivos
EnfoqueMetodologico
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Sistema de TeleoperacionTrabajo desarrollado por el proponente
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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Objetivos
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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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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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Problema ehipotesis
Objetivos
EnfoqueMetodologico
Preguntas yRespuestas
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 ehipotesis
Objetivos
EnfoqueMetodologico
Preguntas yRespuestas
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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Componentes del Sistema de TeleoperacionTransparencia
Interaccion Humano y RobotRobotica ClasicaManipulacion Cooperativa Humano-RobotTelerobot en RedTeleoperacion
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Problema e hipotesis
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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Interaccion Humano y RobotRobotica ClasicaManipulacion Cooperativa Humano-RobotTelerobot en RedTeleoperacion
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Perspectiva HistoricaAntecedentes en el area del proponente
Problema e hipotesis
Objetivos
Enfoque Metodologico
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Enfoque Metodologico
Figura 18: Esquema resumen de las actividades para cumplir losobjetivos propuestos
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Presentacion disponible en
http://ungrid.unal.edu.co/phd/jcorredorc/index.htm
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