遥操作平台通常要求用户位于固定位置，以便可视化和控制机器人的运动，因此不提供具有多种移动性的操作员。一个例子是现有的机器人手术解决方案，该解决方案要求外科医生远离患者，附着在其头部必须固定的控制台上，并且它们的臂只能在有限的空间中移动。这在正常手术中的医生和患者之间产生了障碍。为了解决这个问题，我们提出了一个移动电话专业解决方案，外科医生不再机械地限制在控制控制台上，并且能够使用配备有无线传感器的手臂来远优步到患者床边的机器人，并通过光学查看内窥镜视频 - 通过头戴式显示器（HMDS）。我们评估我们的用户交互方法的可行性和效率，与标准的手术机器人机械手相比，通过两个任务，具有不同水平的所需灵活性。结果表明，通过足够的训练，我们所提出的平台可以获得类似的效率，同时为操作员提供额外的移动性。

人类的生活是无价的。当需要完成危险或威胁生命的任务时，机器人平台可能是更换人类运营商的理想选择。我们在这项工作中重点关注的任务是爆炸性的手段。鉴于移动机器人在多种环境中运行时表现出强大的功能，机器人触觉有可能提供安全解决方案。但是，与人类的运作相比，在此阶段，自主权可能具有挑战性和风险。远程运行可能是完整的机器人自主权和人类存在之间的折衷方案。在本文中，我们提出了一种相对便宜的解决方案，可用于远程敏感和机器人远程操作，以使用腿部操纵器（即，腿部四足机器人的机器人和RGB-D传感）来协助爆炸的军械处置。我们提出了一种新型的系统集成，以解决四足动物全身控制的非平凡问题。我们的系统基于可穿戴的基于IMU的运动捕获系统，该系统用于远程操作和视觉触发性的VR耳机。我们在实验中验证了现实世界中的方法，用于需要全身机器人控制和视觉触发的机车操作任务。

Robotic teleoperation is a key technology for a wide variety of applications. It allows sending robots instead of humans in remote, possibly dangerous locations while still using the human brain with its enormous knowledge and creativity, especially for solving unexpected problems. A main challenge in teleoperation consists of providing enough feedback to the human operator for situation awareness and thus create full immersion, as well as offering the operator suitable control interfaces to achieve efficient and robust task fulfillment. We present a bimanual telemanipulation system consisting of an anthropomorphic avatar robot and an operator station providing force and haptic feedback to the human operator. The avatar arms are controlled in Cartesian space with a direct mapping of the operator movements. The measured forces and torques on the avatar side are haptically displayed to the operator. We developed a predictive avatar model for limit avoidance which runs on the operator side, ensuring low latency. The system was successfully evaluated during the ANA Avatar XPRIZE competition semifinals. In addition, we performed in lab experiments and carried out a small user study with mostly untrained operators.

位置敏感探测器（PSDS）提供了高精度跟踪单个活动标记的两个（或三个）自由（DOF）位置，同时具有高更新频率和低延迟的快速响应时间，所有使用非常简单的信号处理电路。然而，由于缺乏方向测量，有限的跟踪范围和对环境变化的敏感性，它们并不特别适用于6-DOF对象姿势跟踪系统。我们提出了一种新颖的6-DOF姿势跟踪系统，用于需要单个有效标记的刚性物体跟踪。所提出的系统使用立体声的PSD对和多个惯性测量单元（IMU）。这是基于实用的方法来识别和控制红外发光二极管（IR-LED）有源标记的功率，目的是增加跟踪工作空间并降低功耗。我们所提出的跟踪系统用三种不同的工作空间尺寸验证，使用具有三种不同动态运动模式的机器人臂操纵器进行静态和动态位置精度。结果表明，静态位置根均方（RMS）误差为0.6mm。动态位置rms误差为0.7-0.9mm。方向rms误差在不同动态运动时的0.04和0.9度之间。总的来说，我们所提出的跟踪系统能够在工作空间的中间范围和实验室设置下的所有工作空间的子度准确度下跟踪刚性物体姿势。

家庭中的移动操纵器可以为患有严重运动障碍的人提供越来越多的自治权，他们在没有照料者的帮助下通常无法完成日常生活（ADL）的活动。辅助移动操纵器的远距离运行可以使患有运动障碍的人能够独立执行自我保健和家庭任务，但是有限的运动功能会阻碍人们与机器人接触的能力。在这项工作中，我们介绍了一个独特的基于惯性的可穿戴辅助界面，该辅助界面嵌入了熟悉的头饰服装中，适用于具有严重运动障碍的人，可以通过移动操纵器进行远程处理和执行身体任务。我们评估了这种可穿戴的界面（n = 16）和有运动障碍的个体（n = 2），用于执行ADL和日常家庭任务。我们的结果表明，可穿戴界面使参与者能够完成错误率，高度可感知的易用性和低工作负载度量的身体任务。总体而言，这种基于惯性的可穿戴设备是一种新的辅助接口选项，可控制家庭中移动操纵器。

机器人系统的远程操作用于精确而精致的物体抓握需要高保真的触觉反馈，以获取有关抓握的全面实时信息。在这种情况下，最常见的方法是使用动力学反馈。但是，单个接触点信息不足以检测软件的动态变化形状。本文提出了一个新型的远程触发系统，该系统可为用户的手提供动感和皮肤刺激，以通过灵敏地操纵可变形物体（即移液器）来实现准确的液体分配。实验结果表明，为用户提供多模式触觉反馈的建议方法大大提高了用远程移液器的剂量质量。与纯视觉反馈相比，当用户用多模式触觉界面与视觉反馈混合使用多模式触觉接口时，相对给药误差减少了66 \％，任务执行时间减少了18 \％。在CoVID-19，化学实验，有机材料和伸缩性的抗体测试期间，可以在精致的给药程序中实施该提出的技术。

用机器人手操纵物体是一项复杂的任务。不仅需要协调手指，而且机器人最终效应器的姿势也需要协调。使用人类的运动演示是指导机器人行为的直观和数据效率的方式。我们提出了一个具有自动实施例映射的模块化框架，以将记录的人体运动转移到机器人系统中。在这项工作中，我们使用运动捕获来记录人类运动。我们在八项具有挑战性的任务上评估了我们的方法，其中机器人手需要掌握和操纵可变形或小且脆弱的物体。我们测试了模拟和实际机器人中的轨迹子集，并且整体成功率是一致的。

本文介绍了全髋关节置换术（THA）的手术机器人系统的开发和实验评估。尽管在关节置换手术中使用的现有机器人系统已经取得了一些进展，但机器人组必须在操作过程中准确地位于目标位置，这在很大程度上取决于外科医生的经验。此外，手持式髋臼铰刀通常表现出不均匀的强度和研磨文件。此外，缺乏实时测量股骨颈长度的技术可能导致结果不佳。为了应对这些挑战，我们提出了一种可实时可追溯的光学定位策略，以减少手术期间对机器人臂的不必要的手动调整，一种稳定磨削的最终效用系统，以及提供股骨颈的实时测量的光学探测器长度和其他参数用于选择适当的假体。下肢的长度在安装假体时测量。实验评估结果表明，根据其准确性，执行能力和鲁棒性，提出的手术机器人系统对于THA是可行的。

远程运行是一种广泛采用的策略，用于控制需要高度灵巧运动和关键高级智力的复杂任务的机器人操纵器。经典的远程操作方案基于操纵杆的控制，或基于更直观的接口，这些界面将用户臂运动直接映射到一个机器人臂的运动中。当执行给定任务需要可重新配置的多个机器人ARM系统时，这些方法会限制。实际上，两个或多个机器人臂的同时进行近距离运行可以扩展操纵单元的工作空间，或增加其总有效载荷或提供其他优势。在可重新配置的多臂系统的不同阶段中，每个机器人可以充当独立的手臂，也可以充当一对合作的手臂，或者是虚拟大型机器人手的手指之一。该手稿提出了一个新型的远程注射框架，可以使个人和组合任何数量的机器人臂控制。多亏了设计的控制体系结构，人类操作员可以直观地选择提出的控制方式和操纵器，以使任务方便地通过用户界面执行。此外，通过Tele-Tele-Inverance范式，该系统可以通过让机器人模仿人类操作员的手臂阻抗和位置参考来解决需要物理互动的复杂任务。拟议的框架已通过8个主题，控制4个弗兰卡·埃米卡·熊猫机器人，并用7多杆执行远程触发任务。实验的定性结果向我们展示了我们框架的有希望的适用性。

现代行业仍依靠手动制造业务，安全的人机互动现在是非常兴趣的。速度和分离监测（SSM）允许通过在机器人操作期间维持保护分离距离来实现紧密和高效的协作情景。本文侧重于一种新的方法来加强对机器人手段的触觉反馈来加强SSM安全要求。基于机器人和操作员的人的反应时间和瞬时速度，触觉刺激为机器人提供了危险运动和接近机器人的早期警告。进行初步实验以确定参与者在具有受控条件的协作环境中暴露于触觉刺激时的反应时间。在第二次实验中，我们将我们的方法评估为人工和Cobot进行协同行星齿轮组件的研究案例。结果表明，与仅在视觉反馈的操作员相比，施加的方法增加了机器人的末端效应器之间的平均最小距离，手中的末端效应器与44％增加了44％。此外，没有触觉支持的参与者已经失败了几次以维持保护性分离距离。

Teideration为人类运营商提供了一种方法，以引导机器人在完全自治挑战或需要直接人类干预的情况下引导机器人。它也可以是教授机器人的重要工具，以便稍后实现自主行为。协同机器人武器和虚拟现实（VR）设备的可用性增加了充足的机会，用于开发新颖的无电术方法。由于机器人武器通常与人的武器相比，因此实时地将人类动作映射到机器人并不琐碎。此外，人类操作员可以将机器人手臂转向奇点或其工作空间限制，这可能导致不希望的行为。这进一步强调了多个机器人的编排。在本文中，我们提出了一个针对多臂有效载荷操作的VR接口，其可以与实时输入运动密切匹配。允许用户操纵有效载荷，而不是将它们的动作映射到各个武器，我们能够同时引导多个协作臂。通过释放单一的自由度，并通过使用本地优化方法，我们可以提高每个ARM的可操纵性指数，这反过来让我们避免运动奇点和工作空间限制。我们将我们的方法应用于预定义的轨迹以及不同机器人臂上的实时遥通，并在终端效应器位置误差和相关联合运动指标方面进行比较。

我们探索Calico是一种微型可重新定位的可穿戴系统，具有快速，精确的运动，用于体内相互作用，驱动和感应。印花布由两轮机器人和一条轨道机制或“铁路”组成，机器人在其上行驶。机器人具有独立的，尺寸很小，并且具有其他传感器扩展选项。轨道系统允许机器人沿着用户的身体移动并到达任何预定位置。它还包括旋转开关以启用复杂的路由选项，当提出发散轨道时。我们报告了印花布的设计和实施，并通过一系列的系统性能评估。然后，我们介绍一些应用程序方案和用户研究，以了解印花布作为舞蹈教练的潜力，并探索对我们情景的定性感知，以告知该领域未来的研究。

为了使软机器人在以人为本的环境中有效工作，他们需要能够根据（本体感受）传感器估算其状态和外部相互作用。估计干扰使软机器人可以执行理想的力控制。即使在刚性操纵器的情况下，最终效应器的力估计也被视为一个非平凡的问题。实际上，其他当前应对这一挑战的方法也存在防止其一般应用的缺点。它们通常基于简化的软动力学模型，例如依赖于零件的恒定曲率（PCC）近似值或匹配的刚体模型的模型，这些模型并不代表该问题的细节。因此，无法构建复杂的人类机器人互动所需的应用。有限元方法（FEM）允许以更通用的方式预测软机器人动力学。在这里，使用框架沙发的软机器人建模功能，我们构建了一个详细的FEM模型，该模型由多段的软连续机器人手臂组成，该机器人由合规的可变形材料和纤维增强的压力驱动室组成，并具有用于提供方向输出的传感器的模型。该模型用于为操纵器建立状态观察者。校准模型参数以使用物理实验匹配手动制造过程的缺陷。然后，我们解决了二次编程逆动力学问题，以计算解释姿势误差的外力的组成部分。我们的实验显示，平均力估计误差约为1.2％。由于提出的方法是通用的，因此这些结果令人鼓舞，该任务是构建可以在以人为中心的环境中部署的复杂，反应性，基于传感器的行为的软机器人。

工业机器人的机器人编程方法是耗时的，并且通常需要运营商在机器人和编程中具有知识。为了降低与重新编程相关的成本，最近已经提出了使用增强现实的各种接口，为用户提供更直观的手段，可以实时控制机器人并在不必编码的情况下编程它们。但是，大多数解决方案都要求操作员接近真正的机器人的工作空间，这意味着由于安全危险而从生产线上移除它或关闭整个生产线。我们提出了一种新颖的增强现实界面，提供了用户能够建模工作空间的虚拟表示，该工作空间可以被保存和重复使用，以便编程新任务或调整旧任务，而无需与真正的机器人共同定位。与以前的接口类似，操作员随后可以通过操纵虚拟机器人来实时地控制机器人任务或控制机器人。我们评估所提出的界面与用户学习的直观和可用性，其中18名参与者为拆卸任务编写了一个机器人操纵器。

这项工作着重于基于气动式柔软可穿戴设备的本体感受反馈的闭环控制，旨在将来支持婴儿完成任务。该设备包括两个柔软的气动执行器（一个基于纺织品和一个硅胶铸造），可积极控制每个手臂的两个自由度（分别为肩部内收/绑架和肘部屈曲/扩展）。可穿戴设备附加的惯性测量单元（IMU）提供实时关节角度反馈。通过文献中报道的婴儿（ARM长度）的人体测量数据来告知设备运动学分析。婴儿到达中的运动和肌肉共同激活模式被认为是为设备的最终效应器提供所需的轨迹。然后，开发了一个比例衍生的控制器来调节执行器内部的压力，然后沿着可及工作空间内的所需设定点移动手臂。提出了有关使用工程模特的跟踪所需的臂轨迹的实验结果，表明所提出的控制器可以帮助指导人体模特的腕部到达所需的设定点。

人类可以利用身体互动来教机器人武器。当人类的动力学通过示范引导机器人时，机器人学习了所需的任务。尽管先前的工作重点是机器人学习方式，但对于人类老师来说，了解其机器人正在学习的内容同样重要。视觉显示可以传达此信息；但是，我们假设仅视觉反馈就错过了人与机器人之间的物理联系。在本文中，我们介绍了一类新颖的软触觉显示器，这些显示器包裹在机器人臂上，添加信号而不会影响相互作用。我们首先设计一个气动驱动阵列，该阵列在安装方面保持灵活。然后，我们开发了这种包裹的触觉显示的单一和多维版本，并在心理物理测试和机器人学习过程中探索了人类对渲染信号的看法。我们最终发现，人们以11.4％的韦伯（Weber）分数准确区分单维反馈，并以94.5％的精度确定多维反馈。当物理教授机器人臂时，人类利用单维反馈来提供比视觉反馈更好的演示：我们包装的触觉显示会降低教学时间，同时提高演示质量。这种改进取决于包裹的触觉显示的位置和分布。您可以在此处查看我们的设备和实验的视频：https：//youtu.be/ypcmgeqsjdm

Effective force modulation during tissue manipulation is important for ensuring safe robot-assisted minimally invasive surgery (RMIS). Strict requirements for in-vivo distal force sensing have led to prior sensor designs that trade off ease of manufacture and integration against force measurement accuracy along the tool axis. These limitations have made collecting high-quality 3-degree-of-freedom (3-DoF) bimanual force data in RMIS inaccessible to researchers. We present a modular and manufacturable 3-DoF force sensor that integrates easily with an existing RMIS tool. We achieve this by relaxing biocompatibility and sterilizability requirements while utilizing commercial load cells and common electromechanical fabrication techniques. The sensor has a range of +-5 N axially and +-3 N laterally with average root mean square errors(RMSEs) of below 0.15 N in all directions. During teleoperated mock tissue manipulation tasks, a pair of jaw-mounted sensors achieved average RMSEs of below 0.15 N in all directions. For grip force, it achieved an RMSE of 0.156 N. The sensor has sufficient accuracy within the range of forces found in delicate manipulation tasks, with potential use in bimanual haptic feedback and robotic force control. As an open-source design, the sensors can be adapted to suit additional robotic applications outside of RMIS.

意识到高性能软机器人抓手是具有挑战性的，因为软执行器和人造肌肉的固有局限性。尽管现有的软机器人抓手表现出可接受的性能，但他们的设计和制造仍然是一个空旷的问题。本文探索了扭曲的弦乐执行器（TSA），以驱动软机器人抓手。 TSA已被广泛用于众多机器人应用中，但它们包含在软机器人中是有限的。提议的抓手设计灵感来自人类手，四个手指和拇指。通过使用拮抗剂TSA，在手指中实现了可调刚度。手指的弯曲角度，驱动速度，阻塞力输出和刚度调整是实验表征的。抓手能够在Kapandji测试中获得6分，并且还可以达到33个Feix Grasp Grasp分类法中的31个。一项比较研究表明，与其他类似抓手相比，提出的抓手表现出等效或卓越的性能。

安装在微空中车辆（MAV）上的地面穿透雷达是有助于协助人道主义陆地间隙的工具。然而，合成孔径雷达图像的质量取决于雷达天线的准确和精确运动估计以及与MAV产生信息性的观点。本文介绍了一个完整的自动空气缩进的合成孔径雷达（GPSAR）系统。该系统由空间校准和时间上同步的工业级传感器套件组成，使得在地面上方，雷达成像和光学成像。自定义任务规划框架允许在地上控制地上的Stripmap和圆形（GPSAR）轨迹的生成和自动执行，以及空中成像调查飞行。基于因子图基于Dual接收机实时运动（RTK）全局导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）的测量值，以获得精确，高速平台位置和方向。地面真理实验表明，传感器时机为0.8美元，正如0.1美元的那样，定位率为1 kHz。与具有不确定标题初始化的单个位置因子相比，双位置因子配方可提高高达40％，批量定位精度高达59％。我们的现场试验验证了本地化准确性和精度，使得能够相干雷达测量和检测在沙子中埋入的雷达目标。这验证了作为鸟瞰着地图检测系统的潜力。

3D姿势估计对于分析和改善人体机器人相互作用的人体工程学和降低肌肉骨骼疾病的风险很重要。基于视觉的姿势估计方法容易出现传感器和模型误差以及遮挡，而姿势估计仅来自相互作用的机器人的轨迹，却遭受了模棱两可的解决方案。为了从两种方法的优势中受益并改善了它们的弊端，我们引入了低成本，非侵入性和遮挡刺激性多感应3D姿势估计算法中的物理人类手机相互作用。我们在单个相机上使用openpose的2D姿势，以及人类执行任务时相互作用的机器人的轨迹。我们将问题建模为部分观察的动力学系统，并通过粒子滤波器推断3D姿势。我们介绍了远程操作的工作，但可以将其推广到其他人类机器人互动的其他应用。我们表明，我们的多感官系统比仅使用机器人的轨迹仅使用openpose或姿势估计的姿势估计来更好地解决人运动冗余。与金标准运动捕获姿势相比，这将提高估计姿势的准确性。此外，当使用Rula评估工具进行姿势评估时，我们的方法也比其他单一感觉方法更好。