外文翻譯--指令集成系統(tǒng)和協(xié)作機器人系統(tǒng)控制 中文版

1、<p><b>　　附錄1</b></p><p>　　指令集成系統(tǒng)和協(xié)作機器人系統(tǒng)控制</p><p>　　克拉克﹒克瑞斯妥斐爾，弗雷﹒易瑞克沃，瓊斯﹒亨瑞利和羅克﹒史蒂芬姆斯坦福大學(xué)中的飛行駕駛員和宇航員的航天和航海航空與航天空間的機器人研究所部門網(wǎng)址：{ chrisc,ewf,hlj,rock}@sun-valley.stanford.edu}<

2、/p><p>　　摘要 在使用移動式機器人時可以提高其自治的三個問題在這篇文章中用實驗性調(diào)查顯示出來。即（1）單一的使用者與復(fù)合式機器人之間的集合工序和目標追蹤的機器人軌道線路。在這次研究中，微型自主飛行器（MARS）發(fā)展成能為實驗室性機器人的技術(shù)提供一種方案。實驗的結(jié)果是：單一的使用者是可以命令包括任意碰撞運動和目標追蹤在內(nèi)的機器人的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 移動式機器人 飛行器

3、 MARS測試平臺 目標追蹤 監(jiān)測軌跡</p><p><b>　　正 文</b></p><p><b>　　1.簡介</b></p><p>　　目前，遠程機器人系統(tǒng)需要人們?nèi)ゲ僮鲉我坏臋C器人。這些都是為了今后可以一人來控制多個機器人。例如，為使將來有益于少數(shù)人控制多數(shù)機器人的空間結(jié)構(gòu)的建立。</p>

4、<p>　　現(xiàn)在對一個遠程機器人的控制技術(shù)已經(jīng)達到了一個非常的高水平，但我們?nèi)稳恍枰趯Χ嘟M機器人的遠程技術(shù)上狠下工夫。特別地，我們必須在提高機器人自制性方向上努力。那么這就需要提高以下幾方面的功能：</p><p>　?。?）為能夠讓人們從足夠的信息作業(yè)決策和命令機器人去執(zhí)行提供界面；</p><p>　?。?）為能夠讓所有機器人的自由碰撞路線提供自主的、實時的構(gòu)造；<

5、;/p><p>　?。?）為能夠提供能追蹤運動物體的機器人軌道路線。</p><p>　　在先前的來工作中，我們提出了以下的方案： </p><p>　　瓊斯提出一人控制多機的界面；</p><p>　　克拉克設(shè)計了一個復(fù)合式機器人運動；</p&g

6、t;<p>　　弗雷能對物體運動估計最優(yōu)方案設(shè)計了軌道線路。</p><p>　　圖1：MARS測試平臺的飛行器</p><p>　　在這幅圖當(dāng)中，展示出了對這些技術(shù)的綜合性的闡明。</p><p>　　第二部分對三個研究工程作出了扼要的描述。第三部分描述的是關(guān)于MARS平臺及相關(guān)設(shè)備。第四部分詳細地總結(jié)了作為一個集體系統(tǒng)目前的研究方向。第五部分是推論

7、。</p><p><b>　　2.技術(shù)性問題</b></p><p><b>　　2．1人類界面</b></p><p>　　為了操作一個復(fù)合性機器人的系統(tǒng)，這個人就必須要獲得所有關(guān)于遠程環(huán)境所涉及的信息，以便執(zhí)行正確的指令，并且相應(yīng)地獲得對一個或幾個機器人的執(zhí)行指令性方案。瓊斯提出了逐漸形成一種基于操作復(fù)合型機器人的人

8、類和機器人對話的基面論述。特別是瓊斯提出了以下相應(yīng)的論點：</p><p>　　——建立結(jié)構(gòu)及其對話領(lǐng)域；</p><p>　　——創(chuàng)建輸送有效對話的一種機器人能力基礎(chǔ)設(shè)施；</p><p>　　——創(chuàng)建為處理對話的社會慣例決策的相應(yīng)程序；</p><p>　　——開發(fā)一種允許操作者去執(zhí)行關(guān)于機器人系統(tǒng)的對話界面。</p>&l

9、t;p>　　他的結(jié)論是一種在人群中普遍存在的工作定位對話的交流對話模型的實現(xiàn)。這種假設(shè)就類似對話在人類和機器人組合中扮演了一個重要的角色。</p><p>　　為了提供給機器人環(huán)境的三維空間視覺，界面實現(xiàn)了使用GL。比如如圖2所示的屏幕鏡頭。比起用聲音還不如使用通過電子手段來進行界面的對話。當(dāng)運用鼠標來在屏幕上選中它們時候，對話開始。運用界面來分析物體的特征，從而使機器人來判斷物體。界面一直等到機器人完成對

10、物體進行分析的有任務(wù)的各個環(huán)節(jié)，再返回后作出反映。任務(wù)完成的結(jié)果以對話形式擱置于緊挨物體的位置處。</p><p>　　使用的人可以從任務(wù)清單中進行選擇，并且完成被派去的執(zhí)行命令的的機器人、任務(wù)、或物體的命令。</p><p>　　圖2：人機界面的屏幕鏡頭</p><p>　　在圖2中的屏幕鏡頭是使用界面的一個例子，兩個機器人（用自己圓柱體表示）和3個在工作面上的測

11、試性物體。在屏幕左邊，操作者命令機器人對物體進行處理。相應(yīng)的主菜單上出現(xiàn)了執(zhí)行的結(jié)果菜單。</p><p>　　瓊斯表示創(chuàng)造一個基礎(chǔ)性對話能夠控制大量的機器人，這是很有可能的。這種在三維世界中完成的相互性作用，為決定一個機器人在恰當(dāng)?shù)木车刂械哪芰μ峁┝艘粋€可靠的方法，與此同時，它也使操作者能夠去參加資源的處理和對機器人的相應(yīng)設(shè)計工作。</p><p><b>　　2.2運動平面&

12、lt;/b></p><p>　　在特定的區(qū)域當(dāng)中，當(dāng)成組的機器人和變化移動的障礙物一起工作時，為了在豎直面上避免碰撞，但是在每個機器人之間進行不間斷交流是不可能的，沒有任何傳感器系統(tǒng)可以提供全方位的信息。并且在移動性障礙物的活躍性環(huán)境，所以這個系統(tǒng)必須反應(yīng)迅速。對于這種復(fù)合式機器人系統(tǒng)類型當(dāng)中，對一個運動制作不需要綜合的知識或者高效的帶寬通信，以上這些仍舊要求實時部署。</p><p&

13、gt;　　由克拉克開發(fā)出的一個運動系統(tǒng)達到了上面所述這種需求，哈蘇和肯多開發(fā)出了基于設(shè)計者的規(guī)則系統(tǒng)。他們的工作闡明了一種方案：即一個動態(tài)顯象管隨機化運動設(shè)計者對周圍存在動態(tài)障礙物和靜態(tài)障礙物的單一機器人的操作。</p><p>　　對于處置更多的機器人而言，那對動態(tài)顯象管隨機化運動設(shè)計就被延伸了。在這種情況下，當(dāng)機器人檢測到彼此使用的傳感器，以便進行彼此的交流溝通。機器人使用一個優(yōu)化的系統(tǒng)，來對他們運動設(shè)計的協(xié)

14、調(diào)化來避免相互的碰撞。</p><p>　　每個機器人必須要創(chuàng)建一個關(guān)于對少數(shù)障礙物的知識性設(shè)計。在機器人的區(qū)域中對那些物體的設(shè)計，其中的運動設(shè)計問題是十分地簡單的導(dǎo)致降低了設(shè)計的時間。當(dāng)有新的事物進入機器的視線領(lǐng)域的時候，我們就必須要求進行一個重復(fù)性的設(shè)計以此來確保機器人軌跡不會發(fā)生自由的碰撞。</p><p>　　一個涉及10個飛行器的模擬例子，如圖3所示的5種靜態(tài)障礙物。如圖上所示的

15、較小的圓代表微型飛行器。而十字叉代表目的地，較大的圓代表障礙物，用通向目的地的線條來表示機器人的軌跡。在一個特定的工作空間中對大量的機器人而言，運動設(shè)計是十分有效的。而且它獲得巨大的成功，甚至在涉及5到15個機器人的雜亂的環(huán)境中。其中還包括動態(tài)、靜態(tài)障礙物，對環(huán)境變化作出迅速反應(yīng)和實時重復(fù)設(shè)計的允許機器人有0.1S間隔的設(shè)計時間。雖然運動設(shè)計采用的是2維平面工作空間，但必須延伸到3維工作空間中。</p><p>

16、　　圖3：運動設(shè)計對10個機器人和5個障礙物的模擬舉例</p><p>　　圖（a）論述了飛行器，他們的目標和模擬前的障礙物。在（b）中，模擬實驗剛開始的時候，所有的飛行器都進行了相應(yīng)的設(shè)計，圖（c）和（d）是實時計劃在飛行中的典型例子（可以看出這充分地顯示了通過障礙物的最初的軌跡線，但是因為機器人必須要跟得很近以便于去檢測它們，而這些障礙物它們重新進行設(shè)計來逃逸飛行器。最后在（e）當(dāng)中，飛行器構(gòu)造出了它們的最后

17、軌跡，并且前方已經(jīng)是它們的目的地了。圖（f）顯示幾乎所有的飛行器都已經(jīng)都達它們的目的地。</p><p>　　2.3物體狀態(tài)的軌跡設(shè)計</p><p>　　物體的運動評估是自治性機器人的核心化能力。通過收集用攝相機監(jiān)測獲得的單個特殊的追蹤數(shù)據(jù)來解決這一類問題。這一系統(tǒng)利用了安置在人來引導(dǎo)機器人的傳感器（應(yīng)用在航海技術(shù)的運動傳感器和提供情景式狀態(tài)的攝相機）上，所以不需要添加附加的負載。此外，

18、攝相機的合并掃描激光裝置或貯存環(huán)境模式的系統(tǒng)，即用單個攝相機來解決使用大量攝相機給系統(tǒng)帶來的附加很長和錯誤容許間隙是非常有必要的。</p><p>　　物體的運動估計使用應(yīng)變式傳感器，例如研究深入的單眼式。問題的關(guān)鍵特征是物體的位移和速度不可能隨時都可觀測到，而統(tǒng)計量在攝相機的軌跡中起到重要作用。我們?yōu)榱顺浞掷眠@種附屬性的狀況，弗雷逐漸形成了一種新的軌跡設(shè)計方案，這種方案可以最大限度地將背景信息提供給估量過濾器

19、。根據(jù)這種新方案提出的三種主要問題是：</p><p>　　視線的局限性，最佳軌跡的速度發(fā)展，以及對于不確定物體狀況的最優(yōu)解決方法的獨立性——參數(shù)的估計。</p><p>　　新的軌道設(shè)計方法使用了金字塔式。在特定時間內(nèi)獲得最低限度的時間的限制，這樣的目的是在最少時間獲得不確定性估計，或產(chǎn)生了對不確定性的波動。由于一系列的連續(xù)性運行，恒定速度的操控，機器人的軌跡被參數(shù)化。為了平衡幾種設(shè)計參

20、數(shù)的差異，包括操作者的數(shù)目，發(fā)展空間的尺寸辨別和重復(fù)的數(shù)據(jù)，這種新的方法設(shè)計出的軌道在大幅度降低設(shè)計成本和時間上獲得了近乎完美的程度。另外，這種設(shè)計方案不斷更新軌跡原來的數(shù)據(jù)從而作為新的數(shù)據(jù)，這一點是很容易在對物體的估計方面上達成一致性的。</p><p>　　以上是一個模擬性例子，它使用新的設(shè)計方法去估測一個以0.0——0.015m/s的勻速運動物體，這種方法被稱之為使用定時最低限度的不確定型費用。機器人有5—

21、—6s的操作時間，運行空間有5個間隔，金字塔式重復(fù)四次。如圖4（a）中顯示的結(jié)果為觀察者的路徑，它是真實目標路徑和程序運行的目標估計。圖4（b）顯示了時間影響位移出現(xiàn)的錯誤，正如預(yù)料的那樣，當(dāng)錯誤出現(xiàn)在X軸坐標時，在Y坐標軸中這種錯誤持續(xù)性很小，這對物體排列的一致性需要花費更多的時間。</p><p>　　圖4：完成新的軌跡設(shè)計方法的模擬舉例</p><p>　　圖（a）演示了最終的機器人

22、軌道，圖(b)顯示由于時間的影響產(chǎn)生目標位移的錯誤。</p><p>　　3.微型自主性測試平臺</p><p>　　微型自主性測試平臺提供了一個二維空間來研究自主性飛行器。這個平臺由一個12*9的花崗石桌面構(gòu)成，有6個自主型機器人在表面運行。每個機器人都擁有置于空間外的自己的設(shè)計者。控制信號進程也是在外空間進行處理，由一個機器人通過無限RC信號將控制信號傳遞出去。一個可視性體系為三個攝相

23、機提供給位置傳感器去測試安裝在機器人頂部表面的顯示器裝置。</p><p>　　所有的在從MARS平臺的交流信息都是通過實時實新的網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)器進行的數(shù)據(jù)傳輸完成的。它的作用在公開發(fā)表或訂閱的結(jié)構(gòu)中。所以每個網(wǎng)點都能夠接收到不同類型的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸如圖5所示。</p><p>　　圖5：在微型自主性測試平臺上的數(shù)字顯示</p><p>　　圖5：左邊表示的是硬件，右

24、邊表示的是圖片使用者界面。在圖片使用者界面中，用白色的圓柱體來表示機器人，在屏幕右上角位置的地方用黃色的線條來代表軌跡線路，通過運動設(shè)計者構(gòu)成的機器人軌跡線路用紅色的曲線來表示，用兩條紫色的線條來表示跟蹤機器人的監(jiān)視范圍。</p><p>　　為了擴大視眼范圍，將無線攝相機安裝在微型自治式飛行器頂部測試平臺來監(jiān)測地面。這些單元具有商業(yè)性，并由2.4GHZ的無線立體發(fā)射機組合起來。用發(fā)光二極管（LED）通過跟蹤軌跡

25、來組裝物體。</p><p><b>　　4.集成系統(tǒng)</b></p><p>　　為了將三種設(shè)計綜合于一個體系當(dāng)中，用如下更改系統(tǒng)來解決幾種對應(yīng)的技術(shù)性問題：</p><p>　　用圖片使用者界面來添加新的對話能力，使用者享用新的職能。圖片使用者界面為提供給使用者增加的功能相應(yīng)必要信息添加新的顯示符號體系。</p><p&

26、gt;　　為了采取動態(tài)方案，安裝在攝象頭上的追蹤性機器人擁有很高的優(yōu)越性。從而使所有的機器人都能夠構(gòu)建圍繞它的軌跡，從而建立所有要素間最廣泛的協(xié)議通過機器人的時間同步性建立中央計時器</p><p>　　下面的實驗顯示了三個研究效果的整體性，圖片使用者界面進行的操控來逃避碰撞鎖定定位目標的復(fù)合型機器人。</p><p>　　圖5 操控復(fù)合型機器人</p><p>

27、　　實驗初期，在圖片底部的機器人首先要被命令去跟隨在左邊有攝象機的機器人。（如圖5a）。它必須與攝象機機器人保持30厘米的距離。緊接著，攝象機機器人用于監(jiān)測目標，在這種情況下機器人在頂部（如圖5b）必須要求它減少位移估計的不確定值。執(zhí)行任務(wù)的最后一個機器人要橫穿這個工作面。（如圖5c）。紅色曲線代表設(shè)計者的軌道。讓它與攝象機型機器人形成對立面。在圖5d中，這個最后的機器人能感應(yīng)到圖5c的狀況，這就使得它必須重新調(diào)整自己的路徑。而產(chǎn)生的這

28、一實時路徑，在機器人的運動中并沒有明顯間斷。</p><p>　　最終地，圖片使用者界面運用于命令三個機器人去完成有用的工作過程當(dāng)中。它們在工作環(huán)境中正確地鎖定目標，這個工作被第一個機器人成功地監(jiān)控，與此同時，而第三個機器人能夠達到它的位置目標，而它同時又操縱著在環(huán)境中的周圍的另外物體。</p><p><b>　　5.結(jié)論</b></p><p&

29、gt;　　對于復(fù)合型機器人系統(tǒng)的可行性而言要三項基本工作是十分重要的。特別地，這個類型的工作可以由一個使用者和多個機器人的界面去完成，其中還包括目標追蹤的軌跡線路。以上這些也證明了可以將它們合并在一種實驗性質(zhì)的說明中，這種實驗性質(zhì)的說明說明它們作為更大更復(fù)雜的體系中的成分。工作合并實驗性例證突顯這三種基本工作的有效性。為此，我們可以得到以下結(jié)論：即這三項基本工作為協(xié)作性復(fù)合機器人系統(tǒng)顯示了單一的使用者可以控制一組機器人去執(zhí)行獨立的工作，

30、而這其中又包括了自由碰撞運動和目標追蹤。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 誒德拉,“克拉姆式過濾舉止的相對位置追蹤申請的行為”,電機工程師協(xié)會交易上關(guān)于航空宇宙和電子系統(tǒng)的交流。29-39,1號,AES 15，1979年1月。 </p><p>　　2 可拉克, 布瑞特，若克，電機工程師協(xié)會航空宇宙會議

31、提出“用應(yīng)用吉納膠力度變化對多機械手隨機化了系統(tǒng)的一個動態(tài)的優(yōu)先權(quán)系統(tǒng)的計劃”,2002年。</p><p>　　3 狄森納亞克，紐曼，可拉克，杜瑞特—懷特，可索伯,“一種對同時性的局限和地圖建筑物( 砰然聲 ) 問題的解決辦法” 納亞克，紐曼， 可拉克, 杜瑞特—懷特,可索伯,電機工程師協(xié)會關(guān)于對機械手工程和自動化上的交易, 2001年6月。 </p><p>　　4 弗瑞，洛克,“

32、軌道世代為單眼的以視覺為基礎(chǔ)的不變速度的追蹤對準,”在電機工程師協(xié)會機械手工程和自動化上的國際會議上被呈現(xiàn),2003年。</p><p>　　5 赫蘇，肯狄, 拉托姆布,洛克,“隨機化了 Kino dynamic 提議由于移動障礙計劃,機械手工程的算法基礎(chǔ)上的工作室,2000年。</p><p>　　6 吉恩斯，洛克，“以對話為基礎(chǔ)的人- 機械手交互作用因為空間建筑隊,”電機工程師協(xié)會