This thesis investigates the viability of a new communication medium for telepresence, namely a robotic head with a 3D face mask. In order to investigate this, a program was developed for an existing social robot, enabling the robot to be used as a device reflecting the facial movements of the operator. A study is performed with the operator located in front of a computer with a web camera, connected to speak through the robot to two interlocutors located in a room with the robot. This setup is then compared to a regular video call. The results from this study show that the robot improves the presence of the operator in the room, along with providing enhanced simulated gaze direction and eye contact with the interlocutors. It is concluded that using a robotic head with a 3D face mask is a viable option for a communication medium for telepresence. / Denna uppsats utforskar gångbarheten för ett nytt kommunikationsmedium för telenärvaro, nämligen ett robothuvud med en 3D-ansiktsmask. För att undersöka detta har ett program utvecklats för en existerande social robot, som möjliggör att roboten kan återspegla operatörens ansiktsrörelser. En studie utförs med en operatör placerad framför en dator med en webbkamera, där operatören kopplas genom roboten för att prata med två samtalspartner som är i samma rum som roboten. Detta arrangemang jämförs sedan med ett vanligt videosamtal. Resultaten från studie visar att roboten förbättrar operatörensnärvaro i rummet, och dessutom ger förbättrad simulerad blickriktning och ögonkontakt med samtalspartnerna. Slutligen fastställs att ett robothuvud med en 3D-ansiktsmask är ett gångbart kommunikationsmedium för telenärvaro.

The automotive industry has seen an uprise in autonomous vehicles that will change the operators’ work environment. Volvo Autonomous Solutions aims to create a seamless user experience with environmentally and socially sustainable solutions. The vehicles should operate fully autonomously, but scenarios will emerge where remote operation is required. The master thesis aims to identify the requirements for the interaction between human and autonomous vehicles, and develop an interaction solution for remote operation. The study focused on safety, perception, situation awareness, and user experience. The subject was analyzed using user studies, literature reviews, and benchmarking. Twenty people participated in interviews, and a key user was identified, together with four human intervention scenarios. The data resulted in a list of general insights, which developed into requirements for designing remote operation interactions. An exploration of solutions for human-machine interaction was iterated and evaluated by 31 participants. The final recommendation included a requirements list for the design of the interaction with remote operation and a proposed interaction concept, illustrating a design proposal to meet these requirements. The study identified the following aspects to consider when developing an interaction solution for remote control of autonomous vehicles: Navigation, Steering, and Acceleration, Safety, and Perception and Situation Awareness. The final concept for remote operation interaction consisted of a rotational motion, a lever motion, and a digital touch display. / Fordonsindustrin har sett ett enormt lyft inom autonoma fordon, vilket kommer påverka operatörernas arbetsmiljö och sätt att arbeta. Volvo Autonomous Solutions har som mål att skapa en problemfri användarupplevelse och hållbara lösningar. Målet är att fordonen ska fungera autonomt, men det kommer alltid uppstå scenarier där fjärrstyrning kommer krävas. Syftet med examensarbetet är att identifiera kraven för interaktionen mellan människa och autonomt fordon, samt att utveckla en interaktionslösning för fjärrstyrning. Studierna fokuserade på aspekter inom säkerhet, perception, situationsmedvetenhet och användarupplevelse. Ett flertal användarstudier, genomgång av befintlig litteratur, benchmarking, samt identifiering och undersökning av olika scenarier genomfördes. 20 personer intervjuades och en nyckelanvändare samt fyra scenarier för mänskligt ingripande identifierades. Resultaten gav allmänna insikter, vilka utvecklades till en kravlista för design av en interaktionslösning för fjärrstyrning. Vidare utforskades lösningar för människa-maskin interaktion där fyra koncept itererades och utvärderades av 31 deltagare. Slutligen presenterades en rekommendation och kravspecifikation för utformningen av interaktionen, samt ett interaktionskoncept för design av fjärrstyrningsinteraktion enligt uppställda krav. Studien identifierade följande aspekter att ta hänsyn till vid utveckling av en interaktionslösning för fjärrstyrning av autonoma fordon: Navigation, Styrning och Acceleration, Säkerhet och Perception och Situationsmedvetenhet. Det slutliga konceptet till fjärrstyrningsinteraktion bestod av en rotationsrörelse, en spak-rörelse och en digital display.

This thesis work has been the result of a five-year Industrial Design Engineering education at Luleå University of Technology. The project has investigated the possibilities of teleoperating forest machines using a human-centered design approach. The work has been conducted for Skogforsk, which is the Swedish institute for forestry. The project’s objective was to present ideas on how future teleoperation can improve the work as a forwarder operator. The aim was to identify the forwarder operators’ specific needs and explore how the development of a teleoperated workstation can address those needs. The project has been carried out using three phases; Inspiration, Ideation, and Impleentation. During the first phase, the project investigated how the work is carried out today and what needs a forwarder operator has. The operators’ needs can be summarised in three different areas; transporting the machine, loading and unloading, and planning. Two kinds of operators can be seen today, the ones who are motivated primarily by working in the forest, and the ones who are motivated by the production and self-competitiveness. During the Inspiration phase, the project also tested what problems exist today with operating a forwarder using teleoperation with the system implemented in the Truedsson Forestry Lab in Uppsala. It was identified that screens are an essential complement to using head-mounted displays such as VR-goggles while not offering the same amount of precision and presence in work as the goggles. It was also identified that the operators did not feel that the machine being an extension of them due to lost feedback of motion and sound. Perceived and actual control of the machine differed, and the operators did not identify the machines’ behavior during transportation. Apart from these issues, the current view did not offer a complete overview of the area around the machine. Neither did it offer visuals on the sides of the machine, and the logs sortings. Along with the identified issues, opportunities for improvement guided the explorational work through creative workshops to solutions presented and tested in either an operational test or in a video test. The ideas included the implementation of sound focusing on the gripper, which was appreciated by the operators. The precision using screens was improved by projecting the gripper’s position on the ground plane. For control of the transportation work, the project proposed solutions for indicators on tilt, roll, and the wheels of the machine. Nevertheless, it proposed an idea of projected tracks improving the work to become more proactive by highlighting obstacles and the near term position of the machine. The project also tested overview improving ideas such as drone views, and a 360 degrees view which may have potential in the future teleoperation work. Several other ideas were tested and can be seen in the Results chapter. For future work, the project proposes more tests of various ideas in a more reality-based setting. The project also proposes future work focusing on defining the future user better. For the individual operators reading this thesis work, I hope this paper can show the potentials of teleoperation, as well as prove that the development is aware of both the difficulties and the possibilities with teleoperating forest machines. For the forestry industry, I hope this paper can inspire future work to use the technology to favor the operators’ needs, and not only adapt the current cabin to work being carried out remotely. It is important to note that work in the cabin and work carried out remotely will have a significant difference in what advantages to offer. We will most definitely see operators working in the forest for many years ahead, and the future operators of teleoperation will probably not be the ones that are motivated by work in the forest today. This means that a new kind of user will emerge supplementing the current users rather than replacing them. / Detta examensarbete är resultatet av en femårig civilingenjörsutbildning inom Teknisk Design på Luleå Tekniska Universitet. Projektet har utforskat möjligheter för fjärrstyrning av skogsmaskiner genom en användarcentrerad designprocess indelad i tre faser; Inspiration, Ideation, och Implementation. Arbetet har genomförts på uppdrag av Skogforsk som är det svenska forskningsinstitutet för utveckling av det svenska skogsbruket. Målet med projektet har varit att presentera idéer kring hur framtidens fjärrsyrning kan förbättra arbetet som skotarförare. Syftet med projektet har varit att identifiera skotarförarens behov och utforska hur utvecklingen av fjärrstyrning kan ta hänsyn till dessa behov. Under den första fasen undersöktes arbetet som det ser ut idag och skotarförarens behov fastställdes genom intervjuer och observationer. Behoven kan sammanfattas till tre huvudsakliga delar; transport av maskin, av och pålastning, samt planering av arbete. I dagsläget kan två olika användare ses, de vars största motivation är arbetet i skogen, och de som motiveras främst av hög produktion och egenutveckling. Under första fasen så undersöktes problem med fjärrstyrning genom test med en fjärrstyrd skotare i Truedsson Forestry Lab i Uppsala. Det identifierades att skärmar är ett nödvändigt komplement till VR-glasögon trots att de idag inte erbjuder samma precision och närhetskänsla. Det identifierades också att förare uppgav att de inte fick samma koppling till maskinen som ljud och vibrationer annars erbjuder i hytten. Uppfattad och verklig kontroll över maskinen skiftade mellan styrning i maskin, och på distans. Förarna uppmärksammade inte slirning, glid, eller lutningsförändringar vid fjärrstyrning. Förutom dessa problem så erbjöd det befintliga systemet inte kontinuerlig överblick runt om maskinen. Lastens uppbyggnad saknades och inte heller visuell blick av området nedanför lastutrymmet kunde erhållas. Med utgångspunkt ur identifierade problem med fjärrstyrning och möjligheter för utveckling av dagens arbete, utforskades idéer genom kreativa workshops under andra fasen. Under tredje fasen valdes idéer ut, utvecklades, och testades genom antingen ett fysiskt operatörstest, eller ett videotest. En av idéerna testade implementering av ljud med fokus på gripen vilket uppskattades av alla testförare. Skärmarnas precision förbättrades genom projicering av gripens position på horisontella ytor. För att förbättra kontroll av maskin utforskade projektet implementering av olika indikatorer kring lutning och hjulbeteende. En idé kring projicerande hjulspår med fokus på proaktivt uppmärksammande av maskinens position och potentiella hinder, utforskades i syfte att förbättra arbetet. Projektet undersökte även diverse vyer för överblick, som drönarvyer, och en 360 graders vy som kan ha potential för framtida fjärrstyrningsarbete. Andra idéer som testades kan ses i Resultat kapitlet. För framtida arbete rekommenderas fler, och mer verklighetsbaserade tester. Det rekommenderas även att framtidens användare definieras bättre för att styra utvecklingen i rätt riktning. För den individuella föraren som läser detta arbete hoppas jag denna examensrapport kan visa på potential för framtida fjärrstyrningsarbete. Jag hoppas även att rapporten kan visa på att utvecklingen är medveten om såväl svårigheter som möjligheter. För skogsindustrin hoppas jag denna rapport kan inspirera framtida arbete att fokusera på fördelar med fjärrstyrningstekniken med utgångspunkt i förarnas behov, och inte bara anpassa dagens arbete i hytten att ske på distans. Det är viktigt att märka på att arbete på distans och i hytten kommer erbjuda olika fördelar. Vi kommer antagligen se förare i skogen i många år framöver och det är troligt att framtidens operatörer inte är de som motiveras av arbete i skogen. Det innebär att en ny typ av användare kommer växa fram som kommer komplettera dagens förare snarare än att byta ut dem.