A bilateral teleoperation system makes it possible for a human operator to interact with a remote environment and receive feedback from their actions. In this work, two different teleoperation architectures are studied, one well-established approach called position-force, and another approach called Model-Mediated Teleoperation (MMT). Position-force generates force feedback by measuring forces and sending them over the network, subject to network delay, while MMT generates nondelayed force feedback through a local environment model. The two architectures are compared in terms of transparency (quality of force feedback) and state consistency (equivalence of positions) under different network conditions. Up to 150 ms constant delay in Round Trip Time (RTT) is added. Both architectures are implemented as relatively simple versions of themselves. The case (teleoperation task) under consideration is pushing a cuboid object on a planar surface in a single direction. The MMT architecture is also studied in further detail, in terms of model complexity. Two versions of an MMT model are investigated, one simpler model that has a linear representation of energy loss and one less simple model that has a non-linear representation of energy loss. The purpose is to see what implications there are of increasing or decreasing model complexity. The results indicate that position-force has better performance in terms of both transparency and state consistency than both MMT models for all investigated network conditions. The simple version of MMT (linear model) performs better than the non-linear model, in terms of transparency and state consistency of cuboid positions, for all network conditions except the largest added delay. In terms of state consistency for the device positions, the non-linear model only performs better than the linear model with no added delay. / En distansstyrt system med tvåsidig kommunikation gör det möjligt för en mänsklig operatör att interragera med en avlägsen miljö och få återkoppling. I detta arbete studeras två olika arkitekturer för dessa typer av system. Ett väletablerat tillvägagångssätt som kallas position-force, och ett annat som kallas Model-Mediated Teleoperation (MMT). Position-force genererar kraftåterkoppling genom att mäta krafter och skicka dem över nätverket, utsatt för nätverksfördröjningar, medan MMT genererar en icke-fördröjd kraftåterkoppling från en lokalt modellerad miljö. De två arkitekturerna jämförs med avseende på ”transparency” (kvalitén på kraftåterkopplingen) och ”state consistency” (matchning av positioner) under olika nätverksförhållanden. De studerade förhållandena innefattar upp till 150 ms konstant fördröjning i tur och returtid. Båda arkitekturer implementeras som förhållandevis enkla versioner av sig själva. Det studerade fallet (operatörens uppgift) innefattar puttande på ett rätblock på en plan yta i en enkel riktning. MMT arkitekturen studeras även i vidare detalj med avseende på komplexitet hos den lokala modellen. Två versioner av MMT modellen undersöks, en enklare model som har en linjär representation av energiförlust, och en mer avancerad model som har en icke-linjär representation av energiförlust. Avsikten bakom detta är undersöka vilka implikationer som finns när komplexiteten hos modellen höjs eller sänks. Resultaten indikerar att position-force presterar bättre än MMT med avseende på både transparency och state consistency för alla undersökta nätverksfördröjningar. Den linjära MMT modellen presterar bättre än den icke-linjära modellen, med avseende på transparency och state consistency i rätblockspositioner, för alla nätverksförhållnaden utom den största pålagda fördröjningen. Vidare presterar den icke-linjära modellen bättre än den linjära modellen, med avseende på state consistency för styrande/styrd apparat, endast då ingen nätverksfördröjning läggs på.

The research addresses current shortcomings of autonomous service robots operating in domestic environments by considering the concept of a semi-autonomous robot that would be supported by human remote operators whenever the robot cannot handle a task autonomously. The main research objective was to investigate how to design the human-robot interaction for a robotic system to assist elderly people with physical tasks at home according to this conceptual idea. The research procedure followed the principles of human-centered design and is structured into four phases: In the first phase, the context of use of the system to be designed was determined. A focus group study yielded characteristics and attitudes of several potential user groups. A survey determined the demands of elderly people and informal caregivers for services a semiautonomous assistive robot may provide. An ethnographic study investigated the living conditions of elderly people and determined technical challenges for robots operating in this type of environment. Another ethnographic study investigated the work environment in teleassistive service centers and determined the feasibility of extending their range of services to incorporate robotic teleassistance. In the second phase, two studies were carried out to understand the interaction requirements. The first study determined common types of failure of current autonomous robots and required human interventions to resolve such failure states. The second study investigated how the human assistance could be provided considering a range of potential interaction devices. In the third phase, a human-robot interaction concept with three user groups and dedicated user interfaces was designed. The concept and user interfaces were refined in an iterative process based on the results of evaluations with prospective users and received encouraging results for user satisfaction and user experience. In the fourth and final phase the utility of two specific user interface features was investigated experimentally. The first experiment investigated the utility of providing remote operators with global 3D environment maps during robot navigation and identified beneficial usage scenarios. The second experiment investigated the utility of stereoscopic display for remote manipulation and robot navigation. Results suggested temporal advantages under stereoscopic display for one of three investigated task types and potential advantages for the other two. / Forskningen behandlar problem med autonoma robotar som agerar i hemmiljö. Specifikt studeras konceptet semi-autonoma robotar, vilket innebär att robotarna stöds av mänskliga operatörer när de inte klarar uppgifter på egen hand. Syftet med forskningen är att undersöka design av människa-robotinteraktion för robotsystem som stöder äldres behov av hjälp med fysiska uppgifter i hemmiljö. Forskningen är användarcentrerad och har strukturerats i fyra faser: I den första fasen undersöktes användarkontexten för systemet. I en fokusgruppsstudie utforskades karakteristika och attityder för flera potentiella användargrupper. Kraven på en semi-autonom robot för att assistera äldre och informella vårdgivare fastställdes. En enkätstudie undersökte levnadsvillkor hos äldre för att utforska tekniska utmaningar dessa omgivningar ställer på robotar. En etnografisk studie undersökte arbetskontexten på servicecenter för teleassistans och undersökte genomförbarhet i att utöka tjänsteutbudet till att även inkludera teleassisterade robotar. I den andra fasen utfördes två studier för att få kunskap om interaktionskrav. Den första studien fastställde vanliga typer av fel som inträffar med nuvarande typer av autonoma robotar och de typer av mänsklig assistans som krävs för att hantera dessa fel. Den andra studien undersökte hur mänsklig assistans kan utformas givet en repertoar av potentiella interaktionsanordningar. I den tredje fasen utformades ett interaktionskoncept för människa-robot interaktionen för tre användargrupper med dedicerade gränssnitt. Koncepten och användargränssnitten förfinades i en iterativ process baserat på resultat från utvärderingar med tänkta användare, och resulterade i uppmuntrande resultat vad gäller användarnas uppskattning och tillfredsställelse. I den fjärde och sista fasen studerades nyttan hos två specifika gränssnitt experimentellt. Det första experimentet undersökte nyttan med att ge operatörer på distans globala 3D-kartor under robotnavigeringen och identifierade användarscenarier där detta kan utnyttjas. Det andra experimentet undersökte nyttan med en stereoskopisk display för att manipulera och navigera roboten på distans. Resultaten visar på temporala fördelar med stereoskopisk display för en av tre undersökta uppgiftstyper och potentiella fördelar för de andra två.