A VR Supported Study on Human-Robot Collaboration

Abstract

O aumento do número de robôs que participam em certas atividades na nossa sociedade, especialmente no ambiente industrial, leva à introdução de mais cenários onde um humano tem de colaborar com um robô para atingir um objetivo comum. Por sua vez, este aumento evidencia a necessidade de estudar o quão natural e segura é a interação e como pode ser melhorada. Realidade Virtual é uma excelente ferramenta para simular estas interações pois permite ao utilizador sentir-se completamente imerso no ambiente, estando ao mesmo tempo seguro de um possível mau funcionamento do robô.Este trabalho apresenta a criação de sistema base para estudar a interação entre humanos e robôs, mais especificamente, com o robô Baxter, que pode ser facilmente expandido para criar cenários específicos. Este sistema é utilizado para criar duas simulações em realidade virtual. A primeira tem como objetivo induzir reações quando o robô comete um erro. Os sinais cerebrais do humano que interage com o robô são adquiridos utilizando eletroencefalografia para poderem ser avaliados. Esta simulação foi feita em colaboração com ProAction Lab. A segunda simulação tem como objetivo avaliar o uso de realidade virtual no estudo da interação entre humanos e robôs e como é que distrações influenciam os participantes. É utilizada numa experiência onde os participantes colaboram com o Baxter simulado para colocar os objetos entregues pelo robô no sítio correto, dentro do tempo limite. No fim da experiência, os participantes preenchem um questionário UEQ e Flow Short Scale. Estes questionários revelaram que foi conseguido um grande sentimento de presença, mas que é necessário aumentar a velocidade do robô. Os participantes também reportaram sentir-se mais distraídos pelas distrações que envolvem sons mais constantes, enquanto a análise dos sinais eletrodérmicos recolhidos durante as experiências apresentaram mais reações às distrações mais repentinas e barulhentas.

The increasing number of robots performing certain tasks in our society, especially in the industrial environment, introduces more scenarios where a human must collaborate with a robot to achieve a common goal. This, in turn, raises the need to study how safe and natural this interaction is and improve it. Virtual reality is an excellent tool to simulate these interactions, as it allows the user to be fully immersed in the world while being safe from a possible robot malfunction.This work presents a base system to study human-robot interaction with a simulated Baxter robot that can be easily expanded to create custom scenarios. This system is then used to create two virtual reality simulations. The first is used to evaluate the human's brain signals when the robot makes a mistake, using electroencephalography and collaborating with ProAction Lab. The second simulation is used to study how practical virtual reality is in the studies of human-robot interaction and how the users react to distractions. It is then used in an experiment where the participants must collaborate with a simulated Baxter to place objects delivered by the robot in the correct place within a time limit. At the end of the experiment, the participants filled a UEQ and Flow Short Scale questionnaires that revealed a high sense of presence but a need to increase the robot's speed. The participants also reported feeling more distracted by the distractions that involved a more constant sound. The analysis of electrodermal activity signals collected during the experiments presented more reactions to the more sudden and obnoxious sounds.