テレロボティクス

テレロボティクスは、主にワイヤレスネットワーク（Wi-Fi、Bluetooth、Deep Space Networkなど）またはテザー接続を使用して、遠隔からの半自律ロボットの制御に関係するロボット工学の分野です。これは、テレオペレーション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。

テレオペレーション

遠隔操作は、距離を置いた機械の操作を示します。「リモートコントロール」という語句と意味は似ていますが、通常は研究、学術、技術環境で使用されます。最も一般的にはロボット工学と移動ロボットに関連付けられていますが、離れた場所にいる人がデバイスや機械を操作するあらゆる状況に適用できます。

遠隔操作は、遠隔地での操作を指すために、研究コミュニティと技術コミュニティの両方で使用される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、没入型インターフェー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、オペレータが遠隔環境にいると感じ、遠隔ロボットを通して自分の存在を投影します。オペレーターがすべての主要な感覚（視覚、音、およびタッチ）を通じて遠隔環境に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Virtual Fixturesシステムでした。このシステムにより、オペレータは器用なタスク（ペグを穴に挿入）をリモートで実行できるようになり、実際にはロボットがタスクをリモートで実行しているときにペグを挿入しているように感じます。

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リモートで制御されるデバイスです。単純な場合、操縦オペレーターのコマンドアクションは、たとえばラジコンモデルの航空機や係留された深海潜水艦のように、制御されるデバイスのアクションに直接対応します。通信の遅延により直接制御が実行不可能になる場合（リモートプラネタリーローバーなど）、またはオペレーターの作業負荷を軽減する必要がある場合（リモート制御のスパイや攻撃機など）、デバイスは直接制御されず、代わりに追跡するように指示されます指定されたパス。高度化が進むと、デバイスは障害物回避などの問題で多少独立して動作する場合があります。これは、惑星ローバーでもよく使用されています。

オペレーターが遠隔でロボットを制御できるように設計されたデバイスは、テレチェ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つの主要なコンポーネントは、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。直感的な制御を可能にする視点にロボットカメラを配置することは、サイエンスフィクション（Robert A. HeinleinのWaldo 1942）に基づいていますが、速度、解像度、および帯域幅がロボットカメラを有意義な方法で制御できます。ヘッドマウントディスプレイを使用すると、次の図に示すようにヘッドを追跡することで、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、動きへの反応の遅れ、視覚的表現に満足している場合にのみ機能します。不適切な解像度、ビデオ画像のレイテンシ、動きと応答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歪みなどの問題は、ユーザーが「シミュレータ酔い」を引き起こす可能性があります運動の視覚的表現を伴う前庭刺激の欠如により悪化した。

登録エラー、オーバーフィルタリングによる運動応答の遅れ、小さな運動に対する不適切な解像度、低速などのユーザーの運動間の不一致は、これらの問題の一因となります。

同じ技術でロボットを制御できますが、システムでは目と手の協調の問題がさらに広まり、ユーザーの緊張や欲求不満がシステムを使いにくくします。

ロボットを構築する傾向は、制御の問題を軽減するため、自由度を最小化することでした。最近のコンピューターの改善により、より自由度が重視されるようになり、よりインテリジェントで動きの多いロボットデバイスが可能になりました。これにより、ユーザーは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が可能になります。

インターフェース

テレロボティックインターフェイスは、一般的なMMK（モニター-マウス-キーボード）インターフェイスと同じくらい簡単です。これは没入型ではありませんが、安価です。インターネット接続によって駆動されるテレロボティクスは、多くの場合このタイプです。 MMKの重要な変更点はジョイスティックです。このジョイスティックは、平面ロボットの動きにより直感的なナビゲーションスキームを提供します。

専用のテレプレゼンス設定では、シングルまたはデュアルアイ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に基づいたインターフェイスを使用します。

他のインターフェイスは、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イスとリアルタイムビデオを結合します。別の例としては、没入型ディスプレイシステムを備えた全方向性トレッドミルを使用して、ロボットが歩行または走行している人によって駆動されるようにします。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、デバイスの回路図などのデータ表示の統合が含まれます。

用途

スペース

アポロ計画を除いて、ほとんどの宇宙探査はテレロボティック宇宙探査機で行われています。たとえば、ほとんどの宇宙ベースの天文学は、テレロボティック望遠鏡で実施されています。たとえば、ロシアのルノホフ1ミッションでは、地上にいる人間のオペレーターによってリアルタイムで（光速2.5秒の遅延で）駆動されるリモート駆動のローバーを月に置きました。ロボット惑星探査プログラムは、地上局で人間によってプログラムされた宇宙船を使用して、本質的に長時間の遅延形式の遠隔操作を実現します。最近注目に値する例には、火星探査ローバー（MER）とキュリオシティローバーがあります。 MERミッションの場合、宇宙船とローバーは格納されたプログラムで動作し、地上のローバードライバーは毎日の動作をプログラミングしました。国際宇宙ステーション（ISS）は、Dextreと呼ばれる2本腕のテレマニピュレーターを使用しています。最近、人型ロボットのロボノートが宇宙ステーションに追加され、遠隔実験が行われました。

NASAは、軌道からの人間探査を使用した将来の惑星探査に、高機能の遠隔ロボットシステムの使用を提案しています。 Landisによって提案された火星探査のコンセプトでは、火星への前任任務を行うことができます。このミッションでは、人間の乗物が火星に乗組員を連れて行きますが、地上に着陸するのではなく軌道にとどまり、高度なリモートロボットが実際に操作されます表面上の時間。このようなシステムは、単純な長い時間遅延ロボティクスを超えて、地球上の仮想テレプレゼンスの体制に移行します。この概念の1つの研究であるリアルタイムロボット操作を使用した人間探査（HERRO）概念は、このようなミッションを使用してさまざまな惑星の目的地を探索できることを示唆しています。

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、およびポータブルコンピューター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の劇的な成長が可能になり、オフィス、家庭、学校などでのコミュニケーションやコラボレーションのための遠隔物理的存在感が向上しました。直接会ってください。ロボットのアバターは、遠隔地にいる人の命令を動かしたり見回したりできます。

1）デスクトップテレプレゼンスロボット-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て、リモートの人がディスプレイをパンおよびチルトすることでリモート環境を見回せるようにする、または2）駆動可能なテレプレゼンスロボット-通常、ローミングベースにディスプレイ（統合または個別の電話またはタブレット）が搭載されています。デスクトップテレプレゼンスロボットの例には、Revolve RoboticsのKubi、MotrrのGalileo、Swivlなどがあります。ローミングテレプレゼンスロボットの例には、適切なテクノロジーによるビーム、ダブルロボティクスによるダブル、iRobotおよびInTouch HealthによるRP-Vita、Anybots、Vgo、MantarobotによるTeleMe、およびRomotiveによるRomoが含まれます。より現代的なローミングテレプレゼンスロボットには、自律的に動作する機能が含まれる場合があります。ロボットはスペースをマップし、部屋とドッキングステーション間を移動しながら障害物を回避することができます。

従来のビデオ会議システムとテレプレゼンスルームでは、通常、遠端制御を備えたパン/チルト/ズームカメラを提供しています。リモートユーザーが会議中にデバイスの頭を回して自然に見回す機能は、テレプレゼンスロボットの最も強力な機能と見なされることがよくあります。このため、開発者はデスクトップテレプレゼンスロボットの新しいカテゴリに登場し、この最強の機能に集中して、はるかに低コストのロボットを作成しています。頭頸部ロボットとも呼ばれるデスクトップテレプレゼンスロボットを使用すると、ユーザーは会議中に見回すことができ、場所から場所へ持ち運ぶのに十分なほど小さく、リモートナビゲーションが不要です。

一部のテレプレゼンスロボットは、定期的に学校に通えなかった長期の病気の子供にとって非常に役立ちます。最新の革新的な技術は人々を結び付けることができ、それにより人々はお互いにつながり続けることができ、孤独を克服するのに非常に役立ちます。

マリンアプリケーション

海洋の遠隔操作車両（ROV）は、ダイバーにとって水深が深すぎたり、危険すぎるために広く使用されています。オフショア石油プラットフォームを修理し、沈没した船にケーブルを取り付けて吊り上げます。それらは通常、テザーによって水上艦のコントロールセンターに取り付けられます。 タイタニック号の残骸は、乗組員が操作する船だけでなく、ROVによって探検されました。

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多くの遠隔ロボット研究が行われています。ロボット手術システムを使用すると、外科医はマニピュレーターに十分な大きさの小さな穴を通して体内で作業することができ、胸腔を開いて手を入れる必要はありません。

その他の用途

リモートマニピュレーターは、放射性物質の処理に使用されます。

テレロボティクスはインスタレーションアート作品で使用されています。 Telegardenは、Webを介してユーザーがロボットを操作するプロジェクトの例です。