Розробка комплексного рішення для підтримки взаємодії між людиною та роботом i навчання операторів за допомогою інтегрованої у віртуальну реальність платформи DT

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.352356

Ключові слова:

Цифровий Двійник, взаємодія з користувачем, імерсивне навчання, віртуальна реальність, доповнена реальність

Анотація

Об'єктом дослідження є процес управління взаємодією «людина-робот» за допомогою системи Цифрового Двійника, інтегрованої у віртуальну реальність. Проблема, яка розглядається в дослідженні, полягає в тому, що незважаючи на активний розвиток архітектурних рішень, існують перешкоди для фундаментальних досліджень та навчання операторів, спричинені надмірною вартістю, технічною складністю та обмеженнями використання промислового робото-технічного обладнання.

Результатом дослідження є створення комплексної, масштабованої та гнучкої архітектури Цифрового Двійника, реалізованої за допомогою функціонального прототипу. Прототип фреймворку є розширюваним інструментом для тестування дослідницьких стратегій та може бути адаптований для конкретних завдань або обладнання. Використано недорогий робот-маніпулятор та Unreal Engine для візуалізації моделі. Аналіз областей застосування розробленої системи підкреслює потенціал віртуальної реальності для поліпшення взаємодії між людиною та роботом.

Ці результати стали можливими завдяки поєднанню архітектурного проєктування та експериментального прототипування. На відміну від промислових рішень, де результати зосереджені на конкретних технологіях, використано загальний підхід до проєктування системи. Важливою перевагою розробки загальних принципів є те, що їх можна розробляти без використання складних промислових систем, які пов'язані з безпекою, доступністю та вартістю.

Запропоноване рішення призначене для систематичного тестування дизайну користувацьких інтерфейсів, засобів забезпечення ситуаційної обізнаності, стратегій взаємодії та співпраці в безпечному віртуальному середовищі. Розроблені моделі та програмне забезпечення будуть загальнодоступними, що дозволить дослідникам використовувати стандартизований, але гнучкий підхід у розробці систем взаємодії людини з роботом на основі результатів представлених у цьому дослідженні.

Біографії авторів

Євген Володимирович Палажченко, Сумський державний університет

Аспірант

Кафедра інформаційних технологій

Віра Вікторівна Шендрик, Сумський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент, професор кафедри

Кафедра інформаційних технологій

Georg Meyer, University of Liverpool

PhD in Technical Science, Associate Professor, Honorary Research Professor

Faculty of Engineering

Посилання

  1. Grieves, M., Vickers, J. (2016). Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems. Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems. Springer International Publishing, 85–113. https://doi.org/10.1007/978-3-319-38756-7_4
  2. Tao, F., Zhang, H., Liu, A., Nee, A. Y. C. (2019). Digital Twin in Industry: State-of-the-Art. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 15 (4), 2405–2415. https://doi.org/10.1109/tii.2018.2873186
  3. Bruynseels, K., Santoni de Sio, F., Van den Hoven, J. (2018). Digital Twins in Health Care: Ethical Implications of an Emerging Engineering Paradigm. Frontiers in Genetics, 9. https://doi.org/10.3389/fgene.2018.00031
  4. Jeddoub, I., Nys, G.-A., Hajji, R., Billen, R. (2023). Digital Twins for cities: Analyzing the gap between concepts and current implementations with a specific focus on data integration. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 122, 103440. https://doi.org/10.1016/j.jag.2023.103440
  5. Lamagna, M., Groppi, D., Nezhad, M. M., Piras, G. (2021). A comprehensive review on digital twins for smart energy management system. International Journal of Energy Production and Management, 6 (4), 323–334. https://doi.org/10.2495/eq-v6-n4-323-334
  6. Meyer, G. F., Wong, L. T., Timson, E., Perfect, P., White, M. D. (2012). Objective Fidelity Evaluation in Multisensory Virtual Environments: Auditory Cue Fidelity in Flight Simulation. PLoS ONE, 7 (9), e44381. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0044381
  7. Cooper, N., Millela, F., Cant, I., White, M. D., Meyer, G. (2021). Transfer of training – Virtual reality training with augmented multisensory cues improves user experience during training and task performance in the real world. PLOS ONE, 16 (3), e0248225. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248225
  8. Cooper, N., Milella, F., Pinto, C., Cant, I., White, M., Meyer, G. (2018). The effects of substitute multisensory feedback on task performance and the sense of presence in a virtual reality environment. PLOS ONE, 13 (2), e0191846. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0191846
  9. Longo, F., Nicoletti, L., Padovano, A. (2017). Smart operators in industry 4.0: A human-centered approach to enhance operators’ capabilities and competencies within the new smart factory context. Computers & Industrial Engineering, 113, 144–159. https://doi.org/10.1016/j.cie.2017.09.016
  10. Palazhchenko, Y., Shendryk, V., Shendryk, S. (2023). Digital Twins Data Visualization Methods. Problems of Human Interaction: A Review. New Technologies, Development and Application VI. Springer Nature Switzerland, 478–485. https://doi.org/10.1007/978-3-031-31066-9_53
  11. Ordaz, N., Romero, D., Gorecky, D., Siller, H. R. (2015). Serious Games and Virtual Simulator for Automotive Manufacturing Education & Training. Procedia Computer Science, 75, 267–274. https://doi.org/10.1016/j.procs.2015.12.247
  12. Checa, D., Bustillo, A. (2019). A review of immersive virtual reality serious games to enhance learning and training. Multimedia Tools and Applications, 79 (9-10), 5501–5527. https://doi.org/10.1007/s11042-019-08348-9
  13. Bucchiarone, A. (2022). Gamification and virtual reality for digital twin learning and training: architecture and challenges. Virtual Reality & Intelligent Hardware, 4 (6), 471–486. https://doi.org/10.1016/j.vrih.2022.08.001
  14. Stark, R., Damerau, T. (2019). Digital Twin. CIRP Encyclopedia of Production Engineering. Berlin, Heidelberg: Springer, 1–8. https://doi.org/10.1007/978-3-642-35950-7_16870-1
  15. Palazhchenko, Y., Shendryk, V., Ivanov, V., Hatala, M. (2023). Industry 5.0: Aspects of Collaboration Technologies. Flexible Automation and Intelligent Manufacturing: Establishing Bridges for More Sustainable Manufacturing Systems. Springer Nature Switzerland, 609–617. https://doi.org/10.1007/978-3-031-38165-2_71
  16. Wright, L., Davidson, S. (2020). How to tell the difference between a model and a digital twin. Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences, 7 (1). https://doi.org/10.1186/s40323-020-00147-4
  17. Jones, D., Snider, C., Nassehi, A., Yon, J., Hicks, B. (2020). Characterising the Digital Twin: A systematic literature review. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 29, 36–52. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2020.02.002
  18. Tao, F., Xiao, B., Qi, Q., Cheng, J., Ji, P. (2022). Digital twin modeling. Journal of Manufacturing Systems, 64, 372–389. https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2022.06.015
  19. Garg, G., Kuts, V., Anbarjafari, G. (2021). Digital Twin for FANUC Robots: Industrial Robot Programming and Simulation Using Virtual Reality. Sustainability, 13 (18), 10336. https://doi.org/10.3390/su131810336
  20. Wang, Z., OuYang, Y., Kochan, O. (2023). Bidirectional Linkage Robot Digital Twin System Based on ROS. 2023 17th International Conference on the Experience of Designing and Application of CAD Systems (CADSM), 1–5. https://doi.org/10.1109/cadsm58174.2023.10076497
  21. Inamura, T., Mizuchi, Y. (2021). SIGVerse: A Cloud-Based VR Platform for Research on Multimodal Human-Robot Interaction. Frontiers in Robotics and AI, 8. https://doi.org/10.3389/frobt.2021.549360
  22. Acker, J., Rogers, I., Guerra-Zubiaga, D., Tanveer, M. H., Moghadam, A. A. A. (2023). Low-Cost Digital Twin Approach and Tools to Support Industry and Academia: A Case Study Connecting High-Schools with High Degree Education. Machines, 11 (9), 860. https://doi.org/10.3390/machines11090860
  23. Vairavasamy, S., J, N. I., MJ, H., Ahmed, S., N, S., MM Dean, R. (2022). Simulation And Real Time Of VR Controlled Robotic Manipulator Using ROS. 2022 IEEE Bombay Section Signature Conference (IBSSC). IEEE, 1–6. https://doi.org/10.1109/ibssc56953.2022.10037520
  24. Palazhchenko, Y. (2026). Digital-twin-system-for_learning-strategies-development-in-VR. Available at: https://github.com/palazhchenko/Digital-twin-system-for_learning-strategies-development-in-VR
  25. Sailer, M., Homner, L. (2019). The Gamification of Learning: a Meta-analysis. Educational Psychology Review, 32 (1), 77–112. https://doi.org/10.1007/s10648-019-09498-w
Development of a complex solution for a human-robot interaction and operators training using VR-integrated DT framework

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-02-28

Як цитувати

Палажченко, Є. В., Шендрик, В. В., & Meyer, G. (2026). Розробка комплексного рішення для підтримки взаємодії між людиною та роботом i навчання операторів за допомогою інтегрованої у віртуальну реальність платформи DT. Technology Audit and Production Reserves, 1(2(87), 11–17. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.352356

Номер

Том 1 № 2(87) (2026): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційні технології

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Yevhen Palazhchenko, Vira Shendryk, Georg Meyer

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.