[論文レビュー] Human-Robot Interaction: Applications

Abdel‐Nasser Sharkawy|arXiv (Cornell University)|Feb 1, 2021

Robot Manipulation and Learning参考文献 6被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、産業、医療、農業、教育、家庭の各分野における人間-ロボットインタラクション（HRI）の応用をレビューし、組立、溶接、手術支援、収穫、教育用ロボットの分野における共同作業を強調している。人間の直感とロボットの正確さの補完的で相乗的な関係を強調しており、現実世界での実装例とシステムレベルの分析を通じて、HRIがパンデミック対応およびインダストリー4.0統合における役割を明らかにした主な貢献がある。

ABSTRACT

Recently, human-robot interaction (HRI) is an extensive research topic and theme which gained importance and significance. HRI aims at the complementary combination between the robot capabilities and human skills. The robots assist humans in terms of precision, speed, and force. The humans contribute in terms of the experience, knowledge of executing the task, intuition, and easy adaptation and learning, and understanding of control strategies. In this work, the applications of human-robot interaction are reviewed. These applications could be industrial, medical, agricultural, servical, and educational. HRI can be found in industrial applications in picking and placing in the production lines, welding processes, parts assembly, and painting. Assistive robotics are one from the highest profile areas in HRI. For people with the physical and the mental challenges, the robots can provide the opportunity of interaction and therapy. In addition, HRI can be widely applied in hospitals. Nowadays, HRI is very important for facing the new coronavirus (COVID-19) pandemic. In agriculture, the cooperation between human and the robot helps with many tasks including harvesting, seeding, fertilizing, spraying, weed detection, hauling, and mowing. HRI can also be found in other applications such as education, mining, and home use.

研究の動機と目的

• 多様な分野における人間-ロボットインタラクション（HRI）の応用の現状と範囲を分析すること。
• 正確さ、速度、認知能力の面で人間とロボットが互いの強みを補完する共同作業の分野を特定すること。
• 遠隔および支援ロボティクスを通じて、COVID-19パンデミックのようなグローバルな課題にHRIが果たす役割を検討すること。
• インダストリー4.0やスマート農業のような新しい技術的環境におけるHRI統合の評価。
• ロボティクスおよび自動化分野の研究者・実務家を対象に、HRI応用の包括的概要を提供すること。

提案手法

• 産業、医療、農業、教育、家庭の分野における既存のHRI応用の体系的レビュー。
• 機能的役割に基づくHRIタスクの分類：例として、組立、溶接、塗装、療法、収穫、播種、草刈り。
• 共有制御、タスク理解、適応的学習戦略を含む人間-ロボット協働メカニズムの分析。
• 文書化された事例研究および展開報告を用いた現実世界でのロボットシステムの評価。
• HRIワークフローとインタラクションモダリティを示すための図解的図版およびシステム図の使用。
• スケーラビリティと安全性に重点を置き、インダストリー4.0およびパンデミック対応のニーズの文脈で、研究結果を統合すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 人間-ロボットインタラクション（HRI）は現在、主にどのような分野に応用されているか？
• RQ2 共同作業において、人間とロボットの能力はどのように補い合っているか？
• RQ3 身体的または認知的障害を有する個人に対する医療支援および療法において、HRIは果たす役割は何か？
• RQ4 持続的で効率的な農業実践を実現するために、HRIは農業分野でどのように活用されているか？
• RQ5 HRIは、特にCOVID-19危機期における人間の露出を低減する観点から、どのようにパンデミック対応に貢献したか？

主な発見

• HRIは、溶接、塗装、生産ラインでの組立などの高精度作業を含む産業自動化において広く応用されている。
• 支援ロボティクスは、療法的および日常生活支援を通じて、身体的または精神的障害を有する人々の自立性と生活の質を著しく向上させている。
• 医療分野では、HRIが遠隔患者モニタリング、手術支援、感染制御を可能にし、特にCOVID-19パンデミック期に顕著である。
• 農業分野におけるHRIの応用には、自律収穫、雑草検出、施肥、草刈りが含まれ、収量の向上と人的労働の軽減に貢献している。
• 教育および家庭用のHRIシステムは、ロボティクス教育、学習促進、高齢者や障害者の支援にますます利用されている。
• インダストリー4.0環境におけるHRI統合は、リアルタイムでの協働と適応的制御戦略を通じて生産性の向上を実現している。