О возможности использования систем управления с переменными уровнями автономности в задачах экстремальной робототехники

О возможности использования систем управления с переменными уровнями автономности в задачах экстремальной робототехники

Спасский Борис Андреевич
к.т.н., Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), начальник сектора, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, тел.: +7(812)552-13-25, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-5210-5408

Попов Александр Владимирович
к.т.н., ЦНИИ РТК, заместитель директора по научной работе, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-6484-4411

Материал поступил в редакцию 23 декабря 2023 года.

Аннотация
Повышение уровня автономности робота в сценариях экстремальной робототехники позволяет, с одной стороны, снизить нагрузку на оператора за счёт разделения труда между человеком и машиной, а с другой – повысить безопасность и эффективность выполнения сложных и критически важных задач, таких как поисково-спасательные работы, мониторинг опасных сред, обезвреживание опасных предметов и многие другие. Для таких роботов характерно преимущественное использование режима телеуправления. Однако в последнее время наблюдается тенденция к повышению уровней автономности даже тех типов роботов, которые работали исключительно в режиме прямого телеуправления [1]. Настоящая статья посвящена рассмотрению стратегий управления наземными мобильными роботами с переменными уровнями автономности при выполнении различного рода работ в экстремальных ситуациях.

Ключевые слова
Экстремальная робототехника, наземный мобильный робот, переменные уровни автономности, телеуправление, супервизорное управление, управление с комбинированной инициативой, совместное управление.

Благодарности
Настоящая работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России № 075-00697-24-02 от 29.05.2024 «Разработка предложений по формированию приоритетных направлений поисковых и прикладных научных исследований с учетом анализа динамики развития рынков робототехники в России и за рубежом».

DOI
10.31776/RTCJ.12203

Индекс УДК 
004.896:007.5:62-5

Библиографическое описание
Спасский, Б.А. О возможности использования систем управления с переменными уровнями автономности в задачах экстремальной робототехники / Б.А. Спасский, А.В. Попов // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 12. - № 2. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2024. – С. 99-108. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Спасский Б.А. Телеуправление в экстремальной робототехнике / Б.А. Спасский // Робототехника и техническая кибернетика. – 2020. – Т. 8. – №2. – С. 101-111. – Текст: непосредственный.
  2. Основы робототехники: учеб. пособие / Е.И. Юревич. – [4-е изд., перераб. и доп. – СПб: БХВ-Петербург, 2017. – 368 с. – Текст: непосредственный].
  3. Лебедев В.И. Экстремальная психология. Психология деятельности в технически и экологически замкнутых системах. М., 2001. С. 431. – Текст: непосредственный.
  4. Ильина В.В. Понятие экстремальных условий в психологической науке и практике // Психопедагогика в правоохранительных органах. 2015. №1 (60). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ponyatie-ekstremalnyh-usloviy-v-psihologicheskoy-nauke-i-praktike (дата обращения: 28.03.2023). – Текст: электронный.
  5. ГОСТ Р 60.2.2.1-2016/ИСО 13482: 2014. Роботы и робототехнические устройства. Требования по безопасности для роботов по персональному уходу = Robots and robotic devices. Safety requirements for personal care robots: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 ноября 2016 г. N 1756-ст: дата введения 2018-01-01 / ЦНИИ РТК и ООО «КЭЛС-центр». М.: Стандартинформ, 2016. – 84 с. – Текст: непосредственный.
  6. ГОСТ Р 60.1.2.2-2016/ISO 10218-2:2011 Роботы и робототехнические устройства. Требования по безопасности для промышленных роботов. Ч. 2. Робототехнические системы и их интеграция = Robots and robotic devices. Safety requirements for industrial robots. Part 2. Robot systems and integration: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 ноября 2016 г. N 1657-ст.: дата введения 2018-01-01 / ЦНИИ РТК и ООО «КЭЛС-центр». М.: Стандартинформ, 2016. – Ч. 2. – 75 с. – Текст: непосредственный.
  7. Тиханычев О.В. О правовых и этических аспектах автономного использования робототехнических комплексов в сфере вооружённого противоборства // Вопросы безопасности. – 2019. № 3. DOI: 10.25136/2409- 7543.2019.3.28960. – Текст: электронный.
  8. ГОСТ Р 60.6.0.1-2021. Роботы и робототехнические устройства. СЕРВИСНЫЕ МОБИЛЬНЫЕ РОБОТЫ. Уровни автономности. Термины и определения = Robots and robotic devices. Service mobile robots. Autonomy levels. Terms and definitions: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 мая 2021 г. N 407-ст / разработан ЦНИИ РТК совместно с ООО «Открытая Робототехника». – Москва: Стандартинформ, 2021. – 12 с. – Текст: непосредственный.
  9. ГОСТ Р 60.0.0.4-2023/ИСО 8373:2021. Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения = Robots and robotic devices. Terms and definitions: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 апреля 2023 г. N 255-ст: дата введения 2023-09-01 / разработан ЦНИИ РТК. – Москва: Российский институт стандартизации, 2023. – 28 c. – Текст: непосредственный.
  10. ГОСТ Р 60.0.0.4–2019/ИСО 8373:2012. Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения = Robots and robotic devices. Terms and definitions: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14.02.2019 №31-ст / разработан ЦНИИ РТК. – Москва: Стандартинформ, 2019. – 32 с. – Текст: непосредственный.
  11. Sheridan T.B. Human and computer control of undersea teleoperators / T.B. Sheridan, W.L. Verplank // Massachusetts Institute of Technology, Man-Machine Systems Laboratory. – Cambridge, Mass. – 1978. – Text: unmediated.
  12. R. Endsley. Level of automation effects on performance, situation awareness and workload in a dynamic control task / M.R. Endsley and D.B. Kaber // Ergonomics, vol. 42, no. 3, pp. 462–492, Mar. 1999. – URL: https://doi.org/10.1080/001401399185595. – Text: electronic.
  13. Jenay M. Beer. Toward a framework for levels of robot autonomy in human-robot interaction / Jenay M. Beer, Arthur D. Fisk, Wendy A. Rogers // J Hum Robot Interact. 2014 July; 3(2): 74-99. – Text: unmediated.
  14. International Standard ISO 8373, Third edition 2021-11, Robotics – Vocabulary. – Text: unmediated.
  15. B. Sheridan, Telerobotics, Automation, and Human Supervisory Control / Thomas B. Sheridan. MIT Press, pp. 393. – 1992. – Text: unmediated.
  16. Robust shared autonomy for mobile manipulation with continuous scene monitoring / Merkt W. [et al.] // In: 2017 13th IEEE Conference on Automation Science and Engineering (CASE), pp. 130-137 (2017). – URL: https://doi.org/10.1109/COASE.2017.8256092. – Text: electronic.
  17. Towards A Multidimensional Perspective on Shared Autonomy / Malte [et al.] // Papers from the 2016 AAAI Fall Symposium, No. 5: Shared Autonomy in Research and Practice, pp. 338-344, 2016. – Text: unmediated.
  18. Bozorgi H. Beyond Shared Autonomy: Joint Perception and Action for Human-In-The-Loop Mobile Robot Navigation Systems / Bozorgi H., Ngo, T.D. J // Journal of Intelligent & Robotic Systems. – Vol. 109, art. №20, (2023). – URL: https://doi.org/10.1007/s10846-023-01942-y. – Text: electronic.
  19. A Topology of Shared Control Systems – Finding Common Ground in Diversity / D.A. Abbink [et al.] // IEEE Transactions on Human-Machine Systems, vol. 48, pp. 509–525, 2018. – Text: unmediated.
  20. Gopinath D. Human in-the-loop optimization of shared autonomy in assistive robotics / Gopinath D., Jain S., Argall B.D. // IEEE Robotics and Automation Letters 2(1), pp. 247–254 (2017). – URL: https://doi.org/10.1109/LRA.2016.2593928. – Text: electronic.
  21. Autonomy in Physical Human-Robot Interaction: A Brief Survey / M. Selvaggio [et al.] // in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 6, no. 4, pp. 7989-7996, Oct. 2021, doi: 10.1109/LRA.2021.3100603. – Text: electronic.
  22. Jiang. Mixed-Initiative Human-Robot Interaction: Definition, Taxonomy, and Survey / S. Jiang and R.C. Arkin // 2015 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, Hong Kong, China, 2015, pp. 954-961, doi: 10.1109/SMC.2015.174. – Text: electronic.
  23. -T. Song. Interactive Teleoperation of a Mobile Manipulator Using a Shared-Control Approach / K. -T. Song, S. -Y. Jiang and M. -H. Lin // in IEEE Transactions on Human-Machine Systems, vol. 46, no. 6, pp. 834-845, Dec. 2016, doi: 10.1109/THMS.2016.2586760. – Text: electronic.