中国の研究者たちが開発した新しい手のひら操作システムは、従来のジョイスティック式マルチロータインターフェースの欠点を克服することを目的としています。
このシステムは、特に複雑または未構築の環境において、ドローンの制御方法をより自然で適応的にします。
2024年11月、中国の研究者たちは、指先をスワイプしてドローンを操縦できるウェアラブルタッチパッドを発表しました。このデバイスはBluetoothを使用してコマンドを瞬時に伝達します。
ロボットは、より大規模で動的な環境で複雑なタスクを実行することが期待される中、空中操作が注目を集めています。その理由は、特にアクセスが難しい場所や危険な領域でも自由に3D空間で操作できる能力にあります。
完全自律は長期的な目標であるものの、未構築の空中環境での安全かつ信頼性のある操作には、人間が介入するテレオペレーションが不可欠です。従来のマルチローターコントローラー、例えばジョイスティックやキーボードでは、全方位の空中ロボットが持つ6自由度（6-DoF）を十分に活用することはできません。
新しいテレオペレーションフレームワークには、球面、直交座標、操作、ロッキングという4つの異なる操作モードが用意されています。各モードは、異なるタスク要件に合わせて最適化されています。
球面モードは操作者の腕を極軸として扱い、手の方向にドローンが従うように操作します。一方、直交座標モードは、手の動きを局所的な座標系内で解釈し、直線的なナビゲーションを実現します。
操作モードでは、手の動きとドローンの動作を直接関連づけることができ、高精度の操作が可能です。ロッキングモードが有効になっていると、ドローンは位置と方向を維持しつつ、操作者が自分の位置を変更したり、視点を変えたりすることができます。
研究者たちは、ジェスチャー認識システムを作成するためにデータグローブを使用しました。これは、指の屈曲を測定することで、外部入力デバイスなしでタスク間をシームレスに切り替えることができます。
現在の操作モードは、テキストや色の合図を使用して操作者の視界内にビジュアルで表示され、状況認識が向上し、認知負担が軽減されます。
ドラゴンラボチームは、障害物を避けたり、廊下をナビゲートしたり、バルブを回転させる作業を含む実験によって、システムの有効性を確認しました。
テストでは、球面モードで目標エリアに進入し、直交座標モードで退出しました。操作タスクでは、縦に取り付けられたバルブを整列・回転させるために、操作モードが必要でした。
視覚的な遮蔽が生じた際、操作者はロッキングモードに切り替えて位置を変更し、ドローンの整列を保持しました。
テスト結果は、手とドローン間のスムーズな軌道追跡を示し、遅延は約0.3から0.5秒であり、低速タスクには適しています。
操作者たちは、球面モードが最も直感的であると感じましたが、半径距離を評価することは依然として難しいとのことです。
研究者たちは、直交座標モードが方向の明確さを改善したものの、直感的ではなかったと感じています。操作モードは最高の制御精度を提供しましたが、触覚フィードバックが欠如していたため、有形物との接触を感じるのに困難がありました。
ロッキングモードは、制限された環境での空間認識と視覚制御を保持するために重要でした。
将来的に、研究チームはこのシステムを完全に自立したものに発展させる予定です。これには、ドローンとウェアラブルデバイスの両方にオンボードセンサーを装備し、自律的な姿勢推定を可能にすることが必要です。
さらに、双方向テレオペレーションのためのフォースフィードバックを改善し、操作者がリアルタイムの相互作用を体験できるようにすることを目指します。
また、研究チームによれば、ドローンのエンドエフェクタは、清掃、点検、物の回収などの幅広い用途のために改良される可能性があります。これにより、異なる対話戦略が必要となることがあります。
この研究の詳細は、プレプリントサーバーarXivに掲載されました。
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