触觉反馈提升共享自治遥操作中的人机一致性与用户满意度

共享自治遥操作可保障安全，但以降低人类操作员控制权限为代价，可能导致人机一致性与用户满意度下降。本文提出一种新颖的触觉共享自治遥操作范式，其利用触觉反馈向用户传达共享自治范式的内部状态，同时仍保障安全。这不同于触觉共享控制——后者利用触觉反馈引导用户动作，但赋予人类操作员对机器人动作的完全控制。我们开展了一项用户研究，十二名用户在搜索救援任务中操控模拟无人机（UAV），分别在无辅助、触觉共享控制辅助、共享自治辅助或触觉共享自治辅助下进行。所有辅助遥操作方法均使用控制障碍函数（control barrier functions）来寻找既安全又尽可能接近人类生成控制指令的控制命令。对于带触觉反馈的辅助遥操作条件，我们向用户施加与其生成控制和安全控制之间差值成正比的力。我们发现触觉共享自治提升了用户的任务表现与满意度。我们还发现辅助遥操作中的触觉反馈可提升用户的态势感知。最后，结果表明在共享自治遥操作中加入触觉反馈可改善人机一致性。