IMPLEMENTATION EXPERIENCE OF OPERATOR’S HUMAN-MACHINE INTERFACE FOR REMOTE AND SUPERVISORY CONTROL OF ROBOT MOTION
Abstract
When remote and supervisory control is provided, operator becomes the key element of con-trol loop. For the purpose of effective performance of control system, friendly human-machine interface (HMI) is required. The main rule of HMI designing is the rule of operator psychophysi-cal stress reducing. This rule provides increasing speed and accuracy of decision making in robot control performance. Reviewed HMI design principles are based on Hick's and Fitts's law, as well as consider rules of interface building, represented by B. Schneiderman and J. Nielsen. Represent-ed block diagrams of graphical operator interface are reviewed. Variants of interfaces for display-ing different types of information, such as instrumental or immersive mapping, are shown. Hori-zontal and vertical schemes HMI elements placement are analyzed and benefits of current schemes are shown. Robot movement trace planning involves the use electronic terrain map. This article covers main requirements for map information displaying. As an authors offered ideas example, implementation results of operators automated work places for remote controlled special mine clearing and fire fighting vehicles are described.
References
1. Архипкин А.В., Петров В.Ф., Корольков Д.Н. Пути построения высокоскоростной защи-щенной аппаратуры передачи данных для робототехнических комплексов различного назначения в условиях проводимой политики по импортозамещению // Тр. конференции "Основные направления создания робототехнических средств инженерного вооруже-ния", ФГБУ "ЦНИИИ ИВ", Нахабино, 2 ноября 2016 г.
2. Бархоткин В.А., Архипкин А.В., Петров В.Ф., Комченков В.И., Гурджи А.И., Соколов А.Л. Направления совершенствования робототехнических комплексов военного назна-чения в части увеличения помехозащищенности при работе в условиях радиоэлектрон-ного конфликта // Тр. XII Всероссийской научно-практической конференции "Перспек-тивные системы и задачи управления", Домбай, 3-7 апреля 2017 г. – С. 517-522.
3. Бакулин М.Г., Варукина Л.А., Крейнделин В.Б. Технология MIMO: принципы и алгорит-мы. – M.: Горячая линия – Телеком, 2014. – 242 с.
4. Виноградов А.Н., Петров О.В., Терентьев А.И., Кочетков М.П. Модель системы автома-тического управления движением гусеничного раоботизированного шасси с использо-ванием нейронных сетей // Наноиндустрия. Спецвыпуск. – 2017. – T. 74. – С. 179-180.
5. Kelly A. Mobile Robotics: Mathematics, Models, and Methods. – Cambridge University Press, 2013. XIV. – 701 p.
6. Vinogradov А., Kochetkov М., Petrov V. Terentev A. Model of fuzzy regulator of mobile robot motion control system // Proceedings of the 2019 IEEE Conference of Russia Young Re-searchers in Electrical and Electronic Engineering, EIConRus 2019. Moscow, Russia, 2019.
7. Tzafestas S.G., Tzafestas E.S. Human-machine interaction in intelligent robotic systems: a unifying consideration with implementation examples // Journal of intelligent and robotic sys-tems. – 2001. – No. 2. – P. 119-141.
8. Hick W.E. On the rate of gain of information // Quarterly Journal of Experimental Psychology. – March, 1952. – Vol. 4 (1). – P. 11-26.
9. Fitts P.M. The information capacity of the human motor system in controlling the amplitude of movement // Journal of Experimental Psychology. – June, 1954. – Vol. 47 (6). – P. 381-391.
10. Nielsen J. Usability Heuristics for User Interface Design. April 24, 1994.
11. Shneiderman, B., Plaisant, C., Cohen, M., Jacobs, S., and Elmqvist, N. Designing the User Interface: Strategies for Effective Human-Computer Interaction: Sixth Edition, Pearson May 2016.
12. Петров В.Ф., Симонов С.Б. Особенности программного обеспечения передачи видео-информации в системе дистанционного управления РТС // Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы-2004. Материалы международной на-учной конференции. – Т. 2. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. – С. 459-463.
13. Бабич В.С., Дударенок И.В., Дроздов И.В., Зизико В.Ю. Особенности применения геоин-формационных систем военного назначения // Геоинформационные системы военного назначения (теория и практика применения): Cб. тезисов докладов Республиканской на-учно-методической конференции 24 апреля 2014 г. / под общ. ред. В.А. Радевич. – Минск: БГУ, 2014. – C. 25-26.
14. Самардак А.С. Геоинформационные системы. – М.: ДВГУ, 2005. – 124 с.
15. Rodrigues A., Costa P., Lima J. (The K-Framed Quadtrees Approach for Path Planning Through a Known Environment / In: Ollero A., Sanfeliu A., Montano L., Lau N., Cardeira C. (eds) // ROBOT 2017: Third Iberian Robotics Conference. ROBOT 2017. Advances in Intelli-gent Systems and Computing. – 2018. – Vol. 693.
16. Park I.P., Kender J.R. Topological direction-giving and visual navigation in large environ-ments // Artificial intelligence. – 1995. – Vol. 1-2. – P. 355-395.
17. Yan F., Zhuang Y., Wang W. Mobile robot 3d map building and path planning based on multi-sensor data fusion // International journal of computer applications in technology. – 2012. – Vol. 4. – P. 276-283.
18. Цюй Дуньюэ. Разработка метода планирования траектории перемещения мобильного автономного робота в трехмерной среде на основе аппарата нечеткой логики // Инже-нерный вестник Дона. – 2015. – № 4.
19. Бархоткин В.А., Петров В.Ф., Симонов С.Б., Корольков Д.Н., Терентьев А.И., Петров О.В., Демьянов В.В. Электронный комплекс управления для роботизированной специ-альной пожарной машины // Известия вузов. Электроника. – М., 2015. – Т. 20, № 5. – C. 543-550. – ISSN 1561-5405.
20. Петров В.Ф., Симонов С.Б., Терентьев А.И. и др. Сетевая структура обработки инфор-мации в распределенных системах управления наземными робототехническими ком-плексами // Известия вузов. Электроника. – 2018. – Т. 23, № 4. – С. 389-398. – DOI: 10.24151/1561-5405-2018-23-4-389398.
2. Бархоткин В.А., Архипкин А.В., Петров В.Ф., Комченков В.И., Гурджи А.И., Соколов А.Л. Направления совершенствования робототехнических комплексов военного назна-чения в части увеличения помехозащищенности при работе в условиях радиоэлектрон-ного конфликта // Тр. XII Всероссийской научно-практической конференции "Перспек-тивные системы и задачи управления", Домбай, 3-7 апреля 2017 г. – С. 517-522.
3. Бакулин М.Г., Варукина Л.А., Крейнделин В.Б. Технология MIMO: принципы и алгорит-мы. – M.: Горячая линия – Телеком, 2014. – 242 с.
4. Виноградов А.Н., Петров О.В., Терентьев А.И., Кочетков М.П. Модель системы автома-тического управления движением гусеничного раоботизированного шасси с использо-ванием нейронных сетей // Наноиндустрия. Спецвыпуск. – 2017. – T. 74. – С. 179-180.
5. Kelly A. Mobile Robotics: Mathematics, Models, and Methods. – Cambridge University Press, 2013. XIV. – 701 p.
6. Vinogradov А., Kochetkov М., Petrov V. Terentev A. Model of fuzzy regulator of mobile robot motion control system // Proceedings of the 2019 IEEE Conference of Russia Young Re-searchers in Electrical and Electronic Engineering, EIConRus 2019. Moscow, Russia, 2019.
7. Tzafestas S.G., Tzafestas E.S. Human-machine interaction in intelligent robotic systems: a unifying consideration with implementation examples // Journal of intelligent and robotic sys-tems. – 2001. – No. 2. – P. 119-141.
8. Hick W.E. On the rate of gain of information // Quarterly Journal of Experimental Psychology. – March, 1952. – Vol. 4 (1). – P. 11-26.
9. Fitts P.M. The information capacity of the human motor system in controlling the amplitude of movement // Journal of Experimental Psychology. – June, 1954. – Vol. 47 (6). – P. 381-391.
10. Nielsen J. Usability Heuristics for User Interface Design. April 24, 1994.
11. Shneiderman, B., Plaisant, C., Cohen, M., Jacobs, S., and Elmqvist, N. Designing the User Interface: Strategies for Effective Human-Computer Interaction: Sixth Edition, Pearson May 2016.
12. Петров В.Ф., Симонов С.Б. Особенности программного обеспечения передачи видео-информации в системе дистанционного управления РТС // Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы-2004. Материалы международной на-учной конференции. – Т. 2. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. – С. 459-463.
13. Бабич В.С., Дударенок И.В., Дроздов И.В., Зизико В.Ю. Особенности применения геоин-формационных систем военного назначения // Геоинформационные системы военного назначения (теория и практика применения): Cб. тезисов докладов Республиканской на-учно-методической конференции 24 апреля 2014 г. / под общ. ред. В.А. Радевич. – Минск: БГУ, 2014. – C. 25-26.
14. Самардак А.С. Геоинформационные системы. – М.: ДВГУ, 2005. – 124 с.
15. Rodrigues A., Costa P., Lima J. (The K-Framed Quadtrees Approach for Path Planning Through a Known Environment / In: Ollero A., Sanfeliu A., Montano L., Lau N., Cardeira C. (eds) // ROBOT 2017: Third Iberian Robotics Conference. ROBOT 2017. Advances in Intelli-gent Systems and Computing. – 2018. – Vol. 693.
16. Park I.P., Kender J.R. Topological direction-giving and visual navigation in large environ-ments // Artificial intelligence. – 1995. – Vol. 1-2. – P. 355-395.
17. Yan F., Zhuang Y., Wang W. Mobile robot 3d map building and path planning based on multi-sensor data fusion // International journal of computer applications in technology. – 2012. – Vol. 4. – P. 276-283.
18. Цюй Дуньюэ. Разработка метода планирования траектории перемещения мобильного автономного робота в трехмерной среде на основе аппарата нечеткой логики // Инже-нерный вестник Дона. – 2015. – № 4.
19. Бархоткин В.А., Петров В.Ф., Симонов С.Б., Корольков Д.Н., Терентьев А.И., Петров О.В., Демьянов В.В. Электронный комплекс управления для роботизированной специ-альной пожарной машины // Известия вузов. Электроника. – М., 2015. – Т. 20, № 5. – C. 543-550. – ISSN 1561-5405.
20. Петров В.Ф., Симонов С.Б., Терентьев А.И. и др. Сетевая структура обработки инфор-мации в распределенных системах управления наземными робототехническими ком-плексами // Известия вузов. Электроника. – 2018. – Т. 23, № 4. – С. 389-398. – DOI: 10.24151/1561-5405-2018-23-4-389398.
Скачивания
Published:
2019-05-08
Issue:
Section:
SECTION II. CONTROL AND SIMULATION SYSTEMS
Keywords:
Remote control, supervisory control, human-machine interface, operator reaction, graphical interface, automated work place, implementation of human-machine interfaceFor citation:
V.F. Petrov, O.V. Petrov, A.I. Terentev, S.B. Simonov, D.N. Korolkov IMPLEMENTATION EXPERIENCE OF OPERATOR’S HUMAN-MACHINE INTERFACE FOR REMOTE AND SUPERVISORY CONTROL OF ROBOT MOTION. IZVESTIYA SFedU. ENGINEERING SCIENCES – 2019. - № 1. – P. 199-209.
