テレロボティクス

テレロボティクスは、主にテレビ、無線ネットワーク（Wi-Fi、Bluetooth、Deep Space Networkなど）、または有線接続を使用して、半自律型ロボットを遠隔から制御するロボット工学の分野です。これは、遠隔操作とテレプレゼンスという2つの主要なサブフィールドの組み合わせです。

遠隔操作

遠隔操作とは、機械を離れた場所から操作することを意味します。意味は「リモートコントロール」と似ていますが、通常は研究、学術、技術の環境で使用されます。最も一般的にはロボット工学や移動ロボットに関連していますが、デバイスや機械が離れた場所から人によって操作されるさまざまな状況に適用できます。^[1]

初期のテレロボティクス（ローゼンバーグ、1992年）米空軍 – 仮想フィクスチャシステム

遠隔操作は、研究および技術コミュニティの両方で使用される、遠隔操作を指す最も標準的な用語です。これは、「テレプレゼンス」とは対照的です。テレプレゼンスは、オペレーターが遠隔環境に存在しているように感じ、遠隔ロボットを通じて自分の存在を投影する没入型インターフェイスで構成された遠隔ロボットシステムのサブセットを指します。オペレーターがすべての主要な感覚（視覚、聴覚、触覚）を通じて遠隔環境に存在していると感じることができる最初のテレプレゼンスシステムの1つは、 1990年代初頭に米国空軍研究所で開発された仮想固定具システムでした。このシステムにより、オペレーターは器用な作業（穴にペグを挿入する）を遠隔で実行できるようになり、実際にはロボットが遠隔で作業を実行しているのに、オペレーターはペグを挿入しているように感じました。^[2]^[3]^[4]

テレマニピュレーター（またはテレオペレーター）は、人間のオペレーターによって遠隔操作される装置です。単純なケースでは、操作者のコマンドアクションは、例えば無線操縦の模型飛行機や係留された深海潜水艇のように、制御される装置の動作に直接対応します。通信の遅延により直接制御が不可能な場合（遠隔の惑星探査車など）、またはオペレーターの作業負荷を軽減したい場合（遠隔操作されるスパイ機や攻撃機など）には、装置は直接制御されず、代わりに指定された経路をたどるようにコマンドされます。より高度なレベルでは、装置は、惑星探査車でも一般的に採用されている障害物回避などの問題で、ある程度独立して動作することもあります。

オペレーターが遠隔からロボットを制御できるように設計されたデバイスは、テレケリックロボティクスと呼ばれることもあります。

テレロボティクスとテレプレゼンスの 2 つの主要コンポーネントは、視覚アプリケーションと制御アプリケーションです。リモートカメラは、ロボットからのビューを視覚的に表現します。ロボットカメラを直感的な制御が可能な視点に配置することは、最近の技術ですが、SF (ロバート A. ハインラインの 1942 年の短編小説「ワルド」) に基づいていますが、速度、解像度、帯域幅がロボットカメラを意味のある方法で制御できるタスクに十分になったのはごく最近のことであるため、実りがありません。ヘッドマウントディスプレイを使用すると、下の図に示すように、頭部を追跡することでカメラの制御が容易になります。

これは、ユーザーがシステムの遅延、動きに対する反応の遅れ、視覚的表現に満足している場合にのみ機能します。不十分な解像度、ビデオ画像の遅延、動きと反応の機械的およびコンピューター処理の遅れ、カメラレンズとヘッドマウントディスプレイレンズによる光学的歪みなどの問題は、動きの視覚的表現による前庭刺激の欠如によって悪化する「シミュレーター酔い」をユーザーに引き起こす可能性があります。

登録エラー、過剰フィルタリングによる動きの反応の遅れ、小さな動きに対する不十分な解像度、低速など、ユーザーの動きの不一致がこれらの問題の一因となる可能性があります。

同じ技術でロボットを制御することもできますが、その場合、目と手の協調の問題がシステム全体にさらに広がり、ユーザーの緊張やフラストレーションによってシステムが使いにくくなる可能性があります。^{[引用が必要]}

ロボットを作る際には、制御の問題を軽減するために自由度を最小化する傾向がありました。最近のコンピュータの改良により、自由度を高めることに重点が移り、ロボット装置はよりインテリジェントで、より人間的な動きを見せるようになりました。これにより、ユーザーが自分の動きでロボットを制御できるため、より直接的な遠隔操作も可能になります。^[5]

インターフェース

テレロボティクスインターフェースは、一般的な MMK (モニター、マウス、キーボード) インターフェースと同じくらいシンプルです。没入感はありませんが、安価です。インターネット接続で駆動するテレロボティクスは、このタイプであることが多いです。MMK の有益な改良点はジョイスティックです。これにより、平面ロボットの動きをより直感的に操作できるようになります。

専用のテレプレゼンスセットアップでは、片目または両目のディスプレイを備えたヘッドマウントディスプレイと、ジョイスティックおよび関連するボタン、スライダー、トリガーコントロールを備えた人間工学的に適合したインターフェイスが使用されます。

他のインターフェースでは、コンピューター生成画像の代わりに、完全に没入型の仮想現実インターフェースとリアルタイムビデオを統合しています。^{[6]別の例としては、}全方向トレッドミルと没入型ディスプレイシステムを使用して、歩いたり走ったりする人によってロボットが操作されるようにすることです。追加の変更には、赤外線サーマルイメージング、リアルタイムの脅威評価、またはデバイスの回路図などの統合データ表示が含まれる場合があります。^[要出典]

アプリケーション

空間

アポロ計画を除いて、宇宙探査のほとんどは遠隔操作ロボット宇宙探査機によって行われてきた。例えば、宇宙天文学のほとんどは遠隔操作ロボット望遠鏡によって行われてきた。例えば、ロシアのルノホート1号ミッションでは、遠隔操作ローバーを月面に送り込み、地上の人間のオペレーターによってリアルタイムで（光速で2.5秒の遅延時間で）操作した。ロボット惑星探査プログラムでは、地上局で人間がプログラムした宇宙船を使用して、基本的に長時間遅延形式の遠隔操作ロボット操作を実現している。最近の注目すべき例としては、火星探査ローバー（MER）とキュリオシティ ローバーがある。MERミッションの場合、宇宙船とローバーは保存されたプログラムに基づいて動作し、地上のローバードライバーが毎日の操作をプログラムした。国際宇宙ステーション（ISS）では、デクスターと呼ばれる2本の腕を持つ遠隔操作装置が使用されている。最近では、遠隔ロボット実験のためにヒューマノイドロボットRobonaut ^[8]が宇宙ステーションに追加されました。

NASAは、軌道上からの有人探査による将来の惑星探査に、高性能遠隔ロボットシステムの使用を提案している^{[9] 。}ランディスが提案した火星探査のコンセプトでは、火星への前駆ミッションとして、有人車両が乗組員を火星まで運ぶが、表面に着陸するのではなく軌道上に留まり、高性能遠隔ロボットが表面でリアルタイムに操作されるというものがある。^[10]このようなシステムは、単純な長時間遅延ロボットの域を超え、惑星上での仮想テレプレゼンス体制に移行する。このコンセプトの研究の1つであるリアルタイムロボット操作による有人探査（HERRO）コンセプトは、このようなミッションが惑星のさまざまな目的地の探査に使用できることを示唆している。^[7]

テレプレゼンスとビデオ会議

モバイルデバイス、タブレット、ポータブルコンピュータを使用した高品質のビデオ会議の普及により、テレプレゼンスロボットが飛躍的に成長し、オフィス、自宅、学校などで直接そこにいられないときに、遠隔地にいるような物理的な存在感を高め、コミュニケーションやコラボレーションを実現できるようになりました。ロボットアバターは、遠隔地にいる人の指示に従って移動したり、周囲を見回したりできます。^[11]^[12]

ディスプレイ上でビデオ会議を利用する主なアプローチは 2 つあります。

デスクトップテレプレゼンスロボットは通常、電動デスクトップスタンドに電話またはタブレットを取り付け、遠隔地にいる人がディスプレイをパンしたり傾けたりして遠隔環境を見回せるようにします。
走行可能なテレプレゼンスロボットには、通常、移動ベースに取り付けられたディスプレイ（一体型または別体の電話やタブレット）が搭載されています。より現代的な移動可能なテレプレゼンスロボットには、自律的に動作する機能が搭載されている場合があります。ロボットは、部屋とドッキングステーションの間を走行しながら、空間をマッピングし、障害物を回避することができます。^[13]

従来のビデオ会議システムやテレプレゼンスルームでは、一般的に、遠隔操作が可能なパン、チルト、ズームカメラが提供されています。会議中にリモートユーザーがデバイスの頭を回して自然に周囲を見回せる機能は、テレプレゼンスロボットの最も優れた機能と見なされることがよくあります。このため、開発者は、この最も優れた機能に焦点を絞って、はるかに低コストのロボットを作成するデスクトップテレプレゼンスロボットという新しいカテゴリに参入しました。デスクトップテレプレゼンスロボットは、「ヘッドアンドネックロボット」^[14]とも呼ばれ、会議中にユーザーが周囲を見回すことができ、場所から場所へ持ち運べるほど小型であるため、リモートナビゲーションの必要がありません。^[15]

テレプレゼンスロボットの中には、長期の病気で定期的に学校に通えない子供たちに非常に役立つものもあります。最新の革新的な技術は人々を結びつけ、お互いのつながりを保つことを可能にし、孤独を克服するのに大いに役立ちます。^[16]

海洋用途

海洋遠隔操作車両(ROV) は、ダイバーが潜るには深すぎる、または危険すぎる水中での作業に広く使用されています。ROV は、沖合の石油プラットフォームを修理したり、沈没船を引き上げるためにケーブルを取り付けたりします。通常、ROV は水上船のコントロールセンターにテザーで接続されます。タイタニック号の残骸は、ROV だけでなく、乗組員が操縦する船によっても調査されました。

遠隔医療

さらに、医療機器や低侵襲手術システムの分野では、遠隔ロボットの研究が盛んに行われています。ロボット手術システムでは、外科医は、手を入れるために胸腔を開ける必要がなく、マニピュレーターが通るだけの小さな穴を通して体内で手術を行うことができます。

緊急対応および法執行ロボット

NISTは、緊急対応^[17]および法執行機関の遠隔ロボットシステムに使用される一連のテスト標準を維持しています。^[18]^[19]

その他のアプリケーション

放射性物質の取り扱いには遠隔操作装置が使用されます。

テレロボティクスはインスタレーションアート作品に使用されており、Telegarden はWeb を通じてユーザーがロボットを操作するプロジェクトの一例です。

参照

参考文献

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外部リンク

テレロボティクスとテレピステモロジーの参考文献（レオナルド/ISASTのケン・ゴールドバーグ編）
「上司はロボットのようにあなたの後ろに迫っている」ニューヨークタイムズ紙、ジョン・マーコフによる記事、 2010年9月4日

[1] Corley, Anne-Marie (2009年9月). 「ロボット代理の現実」. spectrum.ieee.com. 2013年4月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年3月19日閲覧。

[2] Rosenberg, LB (1992)。「遠隔環境でのオペレータパフォーマンスを向上させるための知覚オーバーレイとしての仮想フィクスチャの使用」。技術レポート AL-TR-0089、USAF アームストロング研究所、ライトパターソン空軍基地、オハイオ州、1992 年。

[3] Rosenberg, LB (1993). 「仮想フィクスチャ: 遠隔ロボット操作のための知覚オーバーレイ」. IEEE Annual Int. 仮想現実に関するシンポジウム (1993) の議事録: pp. 76–82.

[4] Rosenberg, Louis B. 「テレプレゼンス環境でのオペレータのパフォーマンスを向上させるツールとしての仮想固定具」。テレマニピュレータ技術と宇宙テレロボティクス。(1993) doi :10.1117/12.164901。

[5] Miller, Nathan 他「慣性センシングによるモーションキャプチャによる非拘束型ヒューマノイド遠隔操作」ヒューマノイドロボット、2004 年第 4 回 IEEE/RAS 国際会議。第 2 巻。IEEE、2004 年。

[6] Burdea, Grigore C. 「招待レビュー：バーチャルリアリティとロボット工学の相乗効果」IEEE Transactions on Robotics and Automation 15.3 (1999): 400-410。

[HERRO-7] Schmidt, GR; Landis, GA; Oleson, SR「軌道上からの遠隔ロボット探査を使用したHERRO火星および金星へのミッション」(PDF) 。 2013年5月13日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2012年11月15日閲覧。; 参照: Oleson, SR; Landis, GA; McGuire, M.; Schmidt, GR (2012) 「軌道上から遠隔ロボットによる表面探査を行う HERRO 火星ミッション」(PDF)。英国惑星間協会誌。2013 年 2 月 17 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。、HERRO（2012年11月15日アクセス）

[robonaut-8] “ロボノートのホームページ”.ナサ。2011 年5 月 27 日に取得。

[9] アダム・マン、「もうすぐそこに：宇宙探査の未来があなたが考えているものと違う理由」、Wired、2012年11月12日（2012年11月15日にアクセス）。

[10] GA Landis、「火星軌道からの遠隔操作：有人探査の提案」、Acta Astronautica、第61巻、第1号、pp 59-65、論文IAC-04-IAA.3.7.2.05として発表、第55回国際宇宙連盟会議、バンクーバー、2004年10月4～8日。

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[12] ジェイコブ・ワード、「私はロボットの上司だ」、ポピュラーサイエンス、2013年10月28日。

[13] Honig, Zach (2014年3月17日). 「iRobotのAva 500テレプレゼンス・オン・ア・スティックが発売開始（最新情報：69,500ドル!!）」Engadget。2014年7月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年7月4日閲覧。

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[16] 「テレプレゼンスロボットは慢性疾患を抱える子供たちの学校での社会的、学術的なつながりを維持するのに役立ちます」。robohub。カリフォルニア大学アーバイン校。2016年9月9日。 2019年9月6日閲覧。

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[19] 「ASTM 小委員会 E54.09 対応ロボットの規格」。