在手持式增强现实中探索工业机器人工作场所的协同式视觉编程

文献标题

Exploring Co-located Collaborative Visual Programming of Industrial Robotic Workplaces in Handheld AR

出版信息

• 主题领域: 使用手持增强现实技术进行工业机器人工作场所的协作式可视化编程。
• 关键词: 协作编程, 增强现实, 工业机器人, 可视化编程, 同地协作, 终端用户编程, 工作空间感知, 手持AR, 人机交互, 工业自动化。

背景与问题

• 问题/挑战: 现有的终端用户编程方法主要针对单个用户，缺乏对工业机器人编程中同地协作的支持。挑战包括在共享的AR环境中维持感知、指示性引用以及作者归属。
• 重要性: 工业机器人工作场所需要具有互补知识的领域专家之间的协作。在AR中支持同地编程可以提高机器人系统配置的可用性、协调性和正确性。
• 动机与相关工作: 之前的研究探索了协作编程、基于AR的编程以及协作AR，但尚未在工业环境中研究它们的交集。空间锚定、协调以及共享感知等挑战在此类场景中仍未得到充分研究。

解决方案

• 提出的方法: 一个用于工业机器人工作场所同地协作式可视化编程的手持AR系统，允许用户直接在物理环境中定义和编辑程序逻辑。
• 创新点:
  1. 对同地AR环境中机器人工作场所的空间可视化编程进行实证评估。
  2. 识别协作模式、协调策略以及感知和沟通中的挑战。
  3. 提出改进工业环境中协作式AR编程系统的设计启示。
• 流程与关键技术:
  • 系统使用空间锚定动作、无标记跟踪以及通过中央ARServer实现的多用户同步会话。
  • 动作以AR中的可视化元素表示，允许在物理工作空间中直接编程。
  • 功能包括对象锁定机制、同步更新以及用于扩展性的Python代码生成。
  • 研究涉及五对参与者使用该系统协作编程一个机器人工作场所。

结果

• 具体发现:
  • 所有参与者对成功完成了一个非平凡的编程任务（约20个步骤），耗时约50分钟。
  • 协作风格各异，以顺序工作为主，但间或出现并行工作片段。
  • 尽管在感知和作者归属方面存在挑战，参与者对协作支持的评分较高（平均：4.2/5）。
• 相对于基线的优势: 虽未进行直接基线比较，但该系统展示了在AR中进行同地协作编程的可行性和可用性，这是一个此前未被探索的领域。
• 实验/评估:
  • 在一个模拟工业机器人工作场所的受控实验室环境中，对10名参与者（5对）进行了实验。
  • 任务包括编程机器人和传送带以处理质量控制和物料流动。
  • 数据通过视频记录、问卷调查以及对协作行为的定性编码收集。
• 局限性与未来工作:
  • 样本量小且实验室环境受控，限制了研究的普适性。
  • 参与者主要为IT学生，工业经验有限。
  • 未来工作应涉及行业从业者，探索异步协作，并评估虚拟指针和作者标识等额外的协调功能。

总结

本研究提出了一种用于工业机器人工作场所同地协作式可视化编程的手持AR系统，使具有互补专业知识的用户能够共同配置机器人系统。通过对五对参与者的实证评估，验证了该系统的可行性，并识别了感知、协调和引用方面的挑战。参与者成功完成了一个非平凡的编程任务，突显了AR在工业协作中的潜力。未来研究将重点改进协调机制，支持异步协作，并邀请行业从业者验证系统在实际场景中的应用。