移動(dòng)偵測(cè)機(jī)器人的人機(jī)交互與局部自主關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境偵察任務(wù)中或者發(fā)生恐怖襲擊、核化泄漏事故時(shí)，派遣移動(dòng)偵測(cè)機(jī)器人代替人類進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行偵察、探測(cè)、取樣或者應(yīng)急處置，可以大大降低人員所受風(fēng)險(xiǎn)，并為決策指揮提供必要的信息支持。本文針對(duì)人-機(jī)器人交互和移動(dòng)機(jī)器人局部自主兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展相應(yīng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　首先根據(jù)移動(dòng)偵測(cè)機(jī)器人工作環(huán)境，設(shè)計(jì)了一款小型移動(dòng)偵測(cè)機(jī)器人，并根據(jù)移動(dòng)偵測(cè)機(jī)器人半自主控制的需求，提出一種基于人機(jī)交互的機(jī)器人混合控制體系，該控制體系融合了基于認(rèn)

2、知模型的功能分解式體系和基于行為的反應(yīng)式體系的特點(diǎn)。在移動(dòng)機(jī)器人未見(jiàn)過(guò)的場(chǎng)景中或者在緊急情況下，人類操作者可以通過(guò)該控制體系對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的智能行為或基本行為進(jìn)行直接干預(yù)，從而保證其應(yīng)急處置的能力。
　　針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的特點(diǎn)，提出一種基于可穿戴式視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)器人手勢(shì)控制系統(tǒng)，該手勢(shì)控制系統(tǒng)包括手部檢測(cè)分割和手勢(shì)識(shí)別兩部分。在手部檢測(cè)分割部分，為了從可穿戴式視覺(jué)設(shè)備中采集到的包含復(fù)雜背景，劇烈光照變化等干擾的圖像中提取出有效手部區(qū)域，提

3、出一種基于輪廓線索和基于部件投票思想的手部檢測(cè)器。在手勢(shì)識(shí)別部分，通過(guò)將混合分類器和集成學(xué)習(xí)融合，提出一種深度集成混合分類器。為了減少連續(xù)手勢(shì)切換過(guò)程中的中間態(tài)手勢(shì)帶來(lái)的誤判，提出了一種投票濾波器，并將其應(yīng)用于連續(xù)識(shí)別結(jié)果序列，該投票濾波器能夠?qū)⑦B續(xù)手勢(shì)切換過(guò)程中因?yàn)橹虚g態(tài)手勢(shì)帶來(lái)的誤判修正為期望的識(shí)別結(jié)果。
　　為了減少傳統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)習(xí)的試錯(cuò)次數(shù)并將其應(yīng)用于真實(shí)場(chǎng)景的移動(dòng)機(jī)器人的行為學(xué)習(xí)上，本文通過(guò)模擬人類學(xué)習(xí)過(guò)程提出一種模仿強(qiáng)化學(xué)

4、習(xí)算法，該算法能夠通過(guò)預(yù)先學(xué)習(xí)人類經(jīng)驗(yàn)的方式提高移動(dòng)機(jī)器人的學(xué)習(xí)速度并且顯著減少試錯(cuò)次數(shù)。為了驗(yàn)證模仿強(qiáng)化學(xué)習(xí)的能力，本文將模仿強(qiáng)化學(xué)習(xí)應(yīng)用于真實(shí)場(chǎng)景中的移動(dòng)機(jī)器人的走廊跟蹤任務(wù)中。實(shí)驗(yàn)部分驗(yàn)證了移動(dòng)機(jī)器人在預(yù)先學(xué)習(xí)了人類經(jīng)驗(yàn)的前提下只要再在走廊中經(jīng)過(guò)很少次的試錯(cuò)學(xué)習(xí)后就能掌握走廊跟蹤行為的控制策略。這說(shuō)明本文提出的模仿強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法確實(shí)可以使傳統(tǒng)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法不必局限于模擬仿真環(huán)境中，而是可以真正應(yīng)用到真實(shí)場(chǎng)景的移動(dòng)機(jī)器人的行為學(xué)習(xí)上。

5、
　　為了使移動(dòng)偵測(cè)機(jī)器人具備代替人類進(jìn)入核污染環(huán)境進(jìn)行放射源自主搜尋的能力，提出了一種小型移動(dòng)機(jī)器人自主趨近核放射源算法，該算法使得移動(dòng)機(jī)器人只需要一個(gè)2D激光雷達(dá)和兩個(gè)核輻射劑量率儀就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單點(diǎn)核放射源的定位及自主趨近并且在自主趨近過(guò)程中進(jìn)行自主避障。該算法包括趨核行為，陷阱逃離行為和行為仲裁，其中陷阱逃離行為是通過(guò)直接從人類的控制經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)而得到，人類經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)采用模糊進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。為了提高模糊進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，降低

6、人類操作經(jīng)驗(yàn)中的錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人帶來(lái)的不利影響，采用一種混合進(jìn)化算法對(duì)模糊進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)則層的規(guī)則進(jìn)行了優(yōu)化，從而使得移動(dòng)機(jī)器人可以不必拘泥于必須學(xué)習(xí)機(jī)器人控制專家的經(jīng)驗(yàn)，即使普通人的控制經(jīng)驗(yàn)仍然可以使移動(dòng)機(jī)器人從中獲取有效的控制規(guī)則。
　　為了使移動(dòng)偵測(cè)機(jī)器人搭載的機(jī)械臂出現(xiàn)關(guān)節(jié)傳感器故障時(shí)能夠不召回地繼續(xù)完成應(yīng)急處置任務(wù)，提出一種適用于移動(dòng)機(jī)械手無(wú)關(guān)節(jié)狀態(tài)反饋情況的基于人-機(jī)-機(jī)協(xié)作的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)。在輔助機(jī)器人

7、的觀察視角的幫助下，首先建立故障機(jī)械臂的虛擬外骨骼，虛擬外骨骼可以驅(qū)動(dòng)故障機(jī)械臂，而虛擬外骨骼的末端使用人機(jī)交互方式產(chǎn)生的人工引導(dǎo)點(diǎn)引導(dǎo)?？紤]到在引導(dǎo)過(guò)程中可能會(huì)存在因?yàn)榉蔷鶆蛞龑?dǎo)而導(dǎo)致的瞬時(shí)大殘差問(wèn)題，提出一種殘差切換算法，該算法能夠根據(jù)人工引導(dǎo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性自適應(yīng)的更新關(guān)節(jié)角從而實(shí)現(xiàn)虛擬外骨骼末端對(duì)于人工引導(dǎo)點(diǎn)的穩(wěn)定跟蹤。為了實(shí)現(xiàn)虛擬外骨骼對(duì)于機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)，提出一種多關(guān)節(jié)模糊驅(qū)動(dòng)控制器，它通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)虛擬外骨骼各關(guān)節(jié)與機(jī)械手對(duì)應(yīng)各關(guān)節(jié)