[论文解读] Don't Drone Yourself in Work: Discussing DronOS as a Framework for Human-Drone Interaction

Matthias Hoppe, Yannick Weiß+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

UAV Applications and Optimization被引用 1

一句话总结

本文介绍了 DronOS，一种由社区驱动、与模型无关的框架，通过使用现成的组件（如 HTC Vive 跟踪器和遥控无人机）实现直观、交互式的无人机飞行路径编程。该框架支持三种编程模式——Unity 脚本、Vive 脚本和 Vive 实时模式——使各类技能水平的用户能够实时定义和修改飞行路径，其主要贡献包括低成本室内追踪、模型独立性以及支持多无人机协同和安全区域的可扩展性。

ABSTRACT

More and more off-the-shelf drones provide frameworks that enable the programming of flight paths. These frameworks provide vendor-dependent programming and communication interfaces that are intended for flight path definitions. However, they are often limited to outdoor and GPS-based use only. A key disadvantage of such a solution is that they are complicated to use and require readjustments when changing the drone model. This is time-consuming since it requires redefining the flight path for the new framework. This workshop paper proposes additional features for DronOS, a community-driven framework that enables model-independent automatisation and programming of drones. We enhanced DronOS to include additional functions to account for the specific design constraints in human-drone-interaction. This paper provides a starting point for discussing the requirements involved in designing a drone system with other researchers within the human-drone interaction community. We envision DronOS as a community-driven framework that can be applied to generic drone models, hence enabling the automatisation for any commercially available drone. Our goal is to build DronOS as a software tool that can be easily used by researchers and practitioners to prototype novel drone-based systems.

研究动机与目标

• 解决专有、与无人机型号绑定的框架在更换机型时需要手动重新编程的局限性。
• 减少在人机交互（HDI）研究中对昂贵追踪系统和定制无人机的依赖。
• 使研究人员和从业者能够通过现成的硬件和软件高效地原型化交互式无人机系统。
• 建立一个由社区驱动的框架，支持多无人机协同、安全区域以及替代追踪方法的可扩展性。
• 支持多种交互方式，包括实时手势控制和脚本编程，为不同技能水平的用户提供包容性体验。

提出的方法

• DronOS 使用 HTC Vive 的 Lighthouse 追踪系统，实现低成本、高精度的室内三维位置追踪。
• 飞行指令通过计算机发送的无线电波传输至无人机控制器，再由控制器控制无人机。
• 该框架支持三种编程模式：Unity 脚本（图形化航点编辑）、Vive 脚本（基于手势的航点创建）和 Vive 实时模式（无人机跟随控制器指向方向）。
• 集成 PID 控制器预设以实现稳定的飞行控制，同时为高级用户提供手动调参功能。
• 系统设计为与模型无关，支持任何兼容 Betaflight 固件的无人机。
• 未来扩展包括多无人机调度、动态禁飞区以及集成 GPS 和基于 WiFi 的追踪技术以支持室外应用。

实验结果

研究问题

• RQ1 通用的、与模型无关的框架如何提升人机交互研究中无人机编程的可访问性和可重用性？
• RQ2 哪些交互方式能够实现高效且直观的飞行路径定义，适用于不同技能水平的用户？
• RQ3 低成本的现成追踪系统如何支持可靠且可扩展的人机交互？
• RQ4 在多无人机人机交互场景中，确保安全和防碰撞的系统级功能有哪些必要特性？
• RQ5 社区驱动的开发如何提升无人机交互框架的可扩展性和采用率？

主要发现

• DronOS 通过使用现成的组件（如 HTC Vive 跟踪器和普通无人机）成功实现了交互式、实时的无人机飞行路径编程。
• 该框架支持三种不同的编程模式——Unity 脚本、Vive 脚本和 Vive 实时模式——每种模式均针对不同用户技能水平和使用场景进行了优化。
• 初步用户研究表明，系统界面直观，用户对其易用性和低学习曲线表示高度认可。
• 该框架兼容任何使用 Betaflight 固件的无人机，实现了在商用无人机型号上的模型无关部署。
• DronOS 支持静态和动态禁飞区的定义，显著提升了人机交互过程中的安全性。
• 该项目在 GitHub 上持续维护，未来计划通过社区驱动方式扩展多无人机协同和替代追踪方式的支持。