Opracowanie metody wirtualnego projektowania pracy operatorów urządzeń przemysłowych w aspekcie bezpieczeństwa i ergonomii

Kierownik zadania - mgr inż Paweł Budziszewski
Techniki Rzeczywistości Wirtualnej (VR) są coraz powszechniej wykorzystywane do prowadzenia prac badawczych z zakresu bezpieczeństwa i ergonomii pracy. Spowodowane jest to dużymi możliwościami oferowanymi przez te techniki, przyczyniającymi się do poszerzenia zakresu badań z jednej strony, a także ograniczenia kosztów związanych z wytwarzaniem rzeczywistych stanowisk badawczych z drugiej

Celem zadania badawczego było opracowanie metody wykorzystywania techniki Rzeczywistości Wirtualnej do wspomagania projektowania stanowiska pracy w aspekcie bezpieczeństwa i ergonomii. Szczególny nacisk położono na bezpieczeństwo podczas wykonywania zadań wymagających współpracy człowieka z maszyną manipulacyjną Realizacja zadania obejmowała:
wybór i zakup sprzętu oraz oprogramowania VR,
opracowanie metodyki tworzenia wirtualnego środowiska badawczego,
opracowanie i przygotowanie przykładowego wirtualnego środowiska pracy,
przeprowadzenie serii badań z udziałem ochotników, mających na celu weryfikacje opracowanego stanowiska oraz metodyki
W ramach 1. etapu dokonano przeglądu dostępnych rozwiązań z zakresu VR i wyboru nadających się w najlepszym stopniu do prowadzenia prac badawczych. Na tej podstawie dokonano zakupu info-hełmu, systemu projekcji stereoskopowej oraz zestawu oprogramowania. Zakupiony sprzęt został uruchomiony i przetestowany pod kątem współpracy z urządzeniami i oprogramowaniem będącymi już w posiadaniu CIOP-PIB. Przygotowane zostało testowe wirtualne środowisko zawierające robota bramowego
W trakcie realizacji 2. etapu zadania badawczego posiadany sprzęt wzbogacony został o info-rękawice. Następnie opracowano ogólne założenia badań weryfikacyjnych, w tym przede wszystkim przebieg zadania roboczego wykonywanego w wirtualnym środowisku. Na tej podstawie przygotowano wirtualne środowisko umożliwiające współpracę człowieka z robotem przemysłowym IRB. W celu sprawdzenia opracowanego środowiska przeprowadzona została seria prób z udziałem trzech osób
Pierwsza część realizacji 3. etapu zadania polegała na opracowaniu szczegółowej metodyki badań. Następnie przeprowadzono dostosowanie posiadanego sprzętu VR do potrzeb badań z udziałem ochotników. Wprowadzono również modyfikacje do symulowanego środowiska pracy opracowanego w 2 etapie, wynikające z uwag zgłoszonych podczas przeprowadzonych prób. Następnie wybrano zestaw parametrów opisujących występujące podczas pracy zdarzenia i przygotowano mechanizm ich rejestracji w celu późniejszej analizy. Kolejnym krokiem było przygotowanie badania ankietowego, składającego się z formularzy oceny środowiska VR, poczucia obecności przestrzennej oraz skal standardowych opisujących cechy osobowości, poziom lęku, skalę nastroju oraz pomiar negatywnych postaw i nastrojów wobec robotów. Badanie ankietowe przygotowane zostało przez IP PAN. Następnie opracowano założenia do rekrutacji ochotników oraz procedurę badań
W badaniach uczestniczyło 40. ochotników w wieku 19 ÷ 25 lat. Uzyskano wyniki zarówno w postaci zarejestrowanych i wyznaczonych wskaźników, jak również subiektywnych ocen środowiska VR i uwag dotyczących niektórych jego aspektów (oprawa graficzna, oprawa dźwiękowa i interakcja z wirtualnym otoczeniem). Analiza wyników badania ankietowego przeprowadzona została przez IP PAN
Poziom poczucia obecności przestrzennej w środowisku VR nie był związany z poprawnością wykonania zadania ani z innymi zmiennymi sytuacyjnymi. Raportowane przez osoby badane zakłócenia w procedurze badania nie miały istotnego wpływu na ogólny poziom poczucia obecności. Oznacza to, że środowisko wirtualne spełniło swoją rolę, badani dobrze się do niego zaadaptowali i sprawnie poruszali się w jego warunkach. Nauczyli się reguł interakcji z przedmiotami w środowisku i korzystali z nich
Pozostałe wyniki badań ankietowych również pokazały dobry stopień zaadoptowania badanych do środowiska wirtualnego. Poziom lęku nie zmieniał się w wyniku przebywania w środowisku VR, nie dezorganizował też wykonywanych czynności. Kontakt ze środowiskiem nie miał również istotnego wpływu na nastrój osób badanych



Rys.1. Osoba badana podczas wykonywania pracy w symulowanym środowisku
W każdym kolejnym cyklu pracy osoby badane pracowały wydajniej, przy czym największa różnica wydajności odnotowana została pomiędzy pierwszymi dwoma cyklami. Na zmianę wydajności wpływ miało również to, czy przeprowadzony przed badaniami trening odbywał się w obecności robota, czy bez niej. Oznacza to, że procedura treningu ma duży wpływ na uzyskiwane podczas badań wyniki. Podczas projektowania badań wykorzystujących techniki VR, na ten aspekt należy położyć szczególny nacisk
Po zakończeniu badań uczestniczące w nich osoby zgłosiły szereg uwag dotyczących wykorzystywanego sprzętu VR, opracowanego na potrzeby badań wirtualnego środowiska oraz procedury i przebiegu badań. Uwagi te są źródłem cennych informacji, które będą wykorzystywane podczas projektowania podobnych badań
Wyciągnięte z wyników przeprowadzonych badań wnioski pozwoliły stwierdzić przydatność zaproponowanej metody prowadzenia prac badawczych, będącej istotną częścią projektowania stanowisk pracy w aspekcie bezpieczeństwa i ergonomii. Wskazane zostały również pojawiające się problemy oraz uwagi i wskazówki które powinny zostać wykorzystane podczas projektowania podobnych prac badawczych w prowadzonych przyszłości



Rys.2. Osoba niepełnosprawna na wózku inwalidzkim nałożona na obszary wykonywania czynności przy obsłudze zgrzewarki
Przeprowadzona analiza wykazała, iż w przypadku wszystkich rozważanych stanowisk pracy występują obiekty istotne z punktu widzenia wykonywanej pracy, które znajdują się poza strefą maksymalnego zasięgu rąk pracownika niepełnosprawnego. W wyniku tej analizy zaproponowano modyfikacje tych stanowisk umożliwiające wykonywanie pracy przez wybrane osoby niepełnosprawne. Propozycje modyfikacji dotyczyły zastosowania podestów, przesunięcia elementów sterujących, a w kilku przypadkach zmiany konstrukcji elementów stanowisk pracy
W kolejnym etapie zadania wykonana zostanie modyfikacja wirtualnych modeli stanowisk pracy uwzględniająca wnioski z przeprowadzonej analizy ich dostosowania dla osób niepełnosprawnych. Następnie będzie przeprowadzona drugą seria badań z udziałem osób niepełnosprawnych posiadających typy niepełnosprawności zbliżone do rozważanych osób. Wyniki badań pozwolą na ocenę stopnia dostosowania stanowisk pracy do potrzeb osób niepełnosprawnych oraz na walidację opracowanej metody.