Wrapping Haptic Displays Around Robot Arms to Communicate Learning
Wrapping Haptic Displays Around Robot Arms to Communicate Learning
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将触觉显示器包裹在机器人手臂周围以传达学习信息
DOI：
10.1109/toh.2023.3240400
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发表时间：
2023
影响因子：
2.9
通讯作者：
Blumenschein, Laura H.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Alvarez Valdivia, Antonio;Habibian, Soheil;Mendenhall, Carly A.;Fuentes, Francesco;Shailly, Ritish;Losey, Dylan P.;Blumenschein, Laura H.
人类可以利用身体互动来教授机器人手臂。当人类通过演示动觉引导机器人时，机器人就会学习到想要的任务。虽然之前的工作重点是机器人如何学习，但对人类教师来说，理解他们的机器人正在学习什么同样重要。视觉显示器可以传达这一信息；然而，我们假设，仅凭视觉反馈就错过了人类和机器人之间的物理联系。在这篇文章中，我们介绍了一类新型的软触觉显示器，它缠绕在机器人手臂上，在不影响交互的情况下添加信号。我们首先设计了一种安装灵活的气动驱动阵列。然后，我们开发这个包裹的触觉显示的单维和多维版本，并在心理物理测试和机器人学习期间探索人类对渲染信号的感知。我们最终发现，人们对单维反馈的识别准确率为11.4%，对多维反馈的识别准确率为94.5%。当实际教授机器人手臂时，人类利用单维和多维反馈来提供比视觉反馈更好的演示：我们的包裹触觉显示减少了教学时间，同时提高了演示质量。这种改进取决于包裹的触觉显示器的位置和分布。
Humans can leverage physical interaction to teach robot arms. As the human kinesthetically guides the robot through demonstrations, the robot learns the desired task. While prior works focus on how the robot learns, it is equally important for the human teacher to understand what their robot is learning. Visual displays can communicate this information; however, we hypothesize that visual feedback alone misses out on thephysical connectionbetween the human and robot. In this paper we introduce a novel class ofsoft haptic displaysthat wrap around the robot arm, adding signals without affecting that interaction. We first design a pneumatic actuation array that remains flexible in mounting. We then develop single and multi-dimensional versions of this wrapped haptic display, and explore human perception of the rendered signals during psychophysic tests and robot learning. We ultimately find that peopleaccurately distinguishsingle-dimensional feedback with a Weber fraction of 11.4%, and identify multi-dimensional feedback with 94.5% accuracy. When physically teaching robot arms, humans leverage the single- and multi-dimensional feedback to provide better demonstrations than with visual feedback: our wrapped haptic display decreases teaching time while increasing demonstration quality. This improvement depends on the location and distribution of the wrapped haptic display.
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