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透过机器人的眼睛看能帮助那些患有严重运动障碍的人

2021-03-26 13:33

使用增强现实技术的界面系统可以帮助患有严重运动障碍的人操作类人机器人来养活自己并执行例行的个人护理任务,例如抓痒和涂抹皮肤乳液。基于Web的界面显示周围环境的“机器人眼,以帮助用户通过机器与世界互动。

透过机器人的眼睛看能帮助那些患有严重运动障碍的人

在PLOS ONE杂志上描述的该系统 可以帮助使复杂的机器人对没有经验的人更有用。研究参与者使用标准的辅助计算机访问技术(例如眼动仪和头部跟踪器)与机器人界面进行了交互,他们已经在使用该技术来控制其个人计算机。

该论文报道了两项研究,这些研究表明,这种“机器人身体替代物(可以执行与人类相似的任务)如何改善使用者的生活质量。这项工作可以为开发更快,功能更强大的辅助机器人提供基础。

“我们的结果表明,运动能力严重不足的人可以通过使用机器人的身体替代品来改善生活质量,佐治亚理工学院最近的博士学位菲利普·格里斯(Phillip Grice)说。毕业论文的第一作者。“我们迈出了第一步,使某人可以购买合适类型的机器人,将其放在自己的家中,并从中获得真正的利益。

佐治亚理工大学和埃默里大学生物医学工程系Wallace H. Coulter系的Grice和Charlie Kemp教授 将 Willow Garage制造的PR2移动机械手用于两项研究。轮式机器人具有20个自由度,带有两个手臂和一个“头部,使其能够操纵诸如水瓶,毛巾,梳子甚至电动剃须刀之类的物体。

肯普说:“我们的目标是让使用有限身体的人能够接触机器人身体,从而使他们能够以新的方式与世界互动。

在他们的第一个研究中,Greice和Kemp在Internet上向15名严重运动障碍的参与者提供了PR2。参与者学会了使用自己的辅助设备来操作鼠标光标来执行个人护理任务,从而远程控制机器人。百分之八十的参与者能够操纵机器人拿起水瓶并将其带到人体模型的嘴里。

“与健壮的人相比,机器人的功能是有限的,格里斯说。“但是参与者能够有效地执行任务,并且在临床评估中表现出了进步,该评估评估了他们操作物体的能力与没有机器人的情况相比。

在第二项研究中,研究人员向加州男子亨利·埃文斯(Henry Evans)提供了PR2和接口系统,自2011年以来一直帮助佐治亚理工学院的研究人员研究和改进辅助机器人系统。埃文斯对身体的控制非常有限,对机器人进行了测试在他的家中呆了7天,不仅完成了任务,而且还设计了新颖的用法,将两个机器人手臂的操作同时结合在一起-使用一只手臂控制洗碗布,另一只手臂使用刷子。

埃文斯说:“该系统对我来说非常解放,因为它使我自中风以来首次能够独立地操纵自己的环境。 “对于其他人,我很高兴看到Phil在与15个人一起客观测试该系统时获得了压倒性的积极成果。

研究人员很高兴Evans为该机器人开发了新用途,并以他们意想不到的方式将两个手臂的运动结合在一起。

“当我们让亨利免费使用机器人一周后,他发现了使用我们未曾预料到的新机会,格里斯说。“这很重要,因为当今可用的许多辅助技术都是针对非常特定的目的而设计的。Henry展示的是,该系统在提供帮助和增强用户能力方面功能强大。这样做的机会可能非常广泛。

该界面使Evans可以长时间躺在床上照顾自己。“界面系统最有用的方面是,我可以使用极其直观的图形用户界面完全独立地操作机器人,而头部只有很小的动作, Evans说。

基于Web的界面通过位于机器人头部的摄像头向用户显示世界的外观。覆盖在视图上的可单击控件使用户可以在家庭或其他环境中四处移动机器人并控制机器人的手和手臂。例如,当用户移动机器人的头部时,屏幕将鼠标光标显示为一对眼球,以显示用户单击时机器人将看到的位置。单击围绕机械手的光盘可让用户选择动作。在房间周围驱动机器人时,界面上光标后面的线表示机器人的行进方向。

围绕简单的单键鼠标操作构建界面,使残障人士无需长时间的培训即可使用该界面。

Grice指出:“拥有一个接口,使身体各异的人可以操作,这意味着我们可以提供广泛的访问对象,这是一种通用设计。 “由于它的功能,这是一个非常复杂的系统,因此我们必须克服的挑战是使对其自身身体控制非常有限的个人可以使用它。

尽管研究结果证明了研究人员已着手进行,肯普(Kemp)同意可以做出改进。现有系统运行缓慢,用户犯错会造成重大挫折。他仍然说:“人们今天可以使用这项技术,并从中受益匪浅。

Evans建议,要使该系统在商业上可行,就需要大幅降低PR2的成本和尺寸。肯普说,这些研究为新型辅助技术指明了道路。

Kemp补充说:“根据这项研究,我认为机器人身体替代物可以为用户带来重大利益。

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