Augmented Reality for Safe Human-Robot Collaboration
Güvenli İnsan-Robot İşbirliği için Artırılmış Gerçeklik
- Tez No: 928360
- Danışmanlar: DR. STEVE MADDOCK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Artırılmış gerçeklik, Endüstriyel robotlar, İnsan-robot etkileşim, Augmented reality, Industrial robots, Human-robot interaction
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The Unıversıty Of Sheffıeld
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İnsanlar ve robotların bir arada bulunduğu bir ortamda birincil endişe insan güvenliğini sağlamaktır. Ancak, robotun etrafına fiziksel güvenlik önlemleri ve bariyerler yerleştirilmesi, insanlar ve robotlar arasında mesafe oluşturur. Bu araştırma, artırılmış gerçeklik (Augmented Reality - AR) kullanarak gerçek bir robot kolunun etrafında sanal güvenlik bölgelerini görselleştirmeyi amaçlamakta ve bu sayede kafeslerin yerini alarak insanları ve robotları güvenli bir şekilde birbirine yaklaştırmaktadır. Bu tez, bu konuyu dört aşamada ele almaktadır. Birinci aşamada, bir AR sisteminin geliştirilmesine ve sistemde kullanılmak üzere AR güvenlik bölgelerinin hesaplanmasına odaklanılmaktadır. Endüstride kullanılan ISO standartlarının nasıl uyarlanabileceği dikkate alınırken – endüstride kullanılmak üzere AR ile güvenlik alanlarını görselleştirmek için şu anda uluslararası bir standart bulunmamaktadır. Bu analiz ayrıca, diğer çalışmalarda göz ardı edilen bir faktör olan donanım ve yazılım gecikmelerini dikkate alır ve bu gecikmelerin güvenlik bölgesi hesaplamalarına dahil edilmesini araştırır. İkinci aşama, hareket eden bir robot kolunun etrafında hesaplanan güvenlik bölgelerinin gösterimini ele alır. Bunu göstermek için, bir Universal Robots 10 (UR10) robot kolu ve kontrol ve görselleştirme için Microsoft HoloLens 2 içeren bir ortak alma ve yerleştirme uygulaması kullanılır. Bu kurulum, endüstriyel bir robot hücresinde gerçek bir görevi taklit eder. Üçüncü aşamada, araştırma, görselleştirilmiş güvenlik alanlarının kullanıcıların güvenlik ve robot koluna olan güven duyguları üzerindeki etkisini inceler. AR güvenlik bölgelerinin şekli, boyutu ve görünümü üç deneyle test edilmiştir. Deney 1 ve 2, gerçek bir UR10 robot kolu ile yapılmış, Deney 3 sanal bir ortamda gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, robot kolunu taklit eden bir güvenlik bölgesi şekli olan kesitli silindirler ile sanal kafes çubuklarını kullanan görselleştirmelerin gerçek bir robot kolu için tercih edilen bir güvenlik bölgesi kombinasyonu olduğunu göstermektedir. Ancak, sanal robot kolu deneyi durumunda sonuçlar karışıktır. Son aşamada, gerçek ve sanal ortamlar arasındaki aktarılabilirliğe odaklanılmaktadır. Sanal ve gerçek ortamda eşdeğer deneylerin istatistiksel analizi, kullanıcıların farklı güvenlik bölgesi yapılandırmalarını tercih ettiğini ortaya koymuştur. Takip eden tartışma, güvenlik görselleştirmelerinin başlangıçta sanal bir senaryoda test edilip edilemeyeceğini ve ardından gerçek bir robot kolu senaryosuna aktarılıp aktarılamayacağını değerlendirmektedir.
Özet (Çeviri)
The primary concern in an environment where humans and robots coexist is ensuring human safety. However, the implementation of physical safety measures and barriers around the robot creates distance between humans and robots. This research aims to visualise virtual safety zones around a real robot arm using Augmented Reality (AR), thereby replacing the cages and bringing humans and robots closer together in a safe way. This thesis addresses this in four phases. In phase one, the focus is on the development of an AR system and the calculation of AR safety zones for use in the system whilst considering how ISO standards used in industry can be adapted - there is currently no international standard for visualising safety areas with AR for use in industry. This analysis also takes into account hardware and software delays, a factor previously overlooked in other studies, and explores the incorporation of these delays into the safety zone calculations. The second phase addresses the display of the calculated safety zones around a moving robot arm. To demonstrate this, a collaborative pick and place application is used, involving a Universal Robots 10 (UR10) robot arm and a Microsoft HoloLens 2 for control and visualisation. This setup mimics a real task in an industrial robot cell. In the third phase, the research examines the impact of visualised safety areas on users' feelings of safety and trust in the robot arm. The shape, size, and appearance of the AR safety zones are tested through three experiments. Experiments 1 and 2 are conducted with a real UR10 robot arm, while Experiment 3 is conducted in a virtual environment. The results indicate that visualisations using sectional cylinders, a safety zone shape that mimics the robot arm, together with virtual cage bars were a preferred safety zone combination for a real robot arm. However, the results were mixed in the case of a virtual robot arm experiment. In the final phase, the investigation focuses on the transferability between real and virtual environments. A statistical analysis of equivalent experiments in a virtual and real environment revealed that users preferred different safety zone configurations. Subsequent discussion considers the question of whether safety visualisations can be initially tested in a virtual scenario and subsequently transferred to a real robot arm scenario.
Benzer Tezler
- Autofly-aid: Flight deck automation support with dynamic 4d trajectory management for responsive and adaptive airborne collision avoidance
Autofly-aıd: havada çarpışmadan kaçınma için esnek ve uyarlamalı 4 boyutlu dinamik rota yönetimi ile uçuş karar destek sistemi
EMRE KOYUNCU
Doktora
İngilizce
2015
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN İNALHAN
- Denizcilik eğitiminde seyir bilgisinin artırılmasına yönelik bir oyunlaştırma uygulaması
A gamification application for increasing navigational knowledge in maritime education
EMİN SERKAN ERDÖNMEZ
Doktora
Türkçe
2025
Eğitim ve ÖğretimDokuz Eylül ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CENK ŞAKAR
- Gemi siber güvenlik dinamiklerinin belirlenmesi ve köprüüstü seyir ekipmanlari özelinde siber güvenlik risk değerlendirme uygulamalari
Determination of ship cyber security dynamics and cyber security risk assessment applications specifically for bridge navigation equipment
BÜNYAMİN GÜNEŞ
Doktora
Türkçe
2025
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PELİN BOLAT
- Uluslararası hukukta iklim değişikliğinin denizler üzerindeki etkileri
The effects of climate change on the seas in international law
UĞUR KAYNAKÇIOĞLU