網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人的自主性理論與智能控制.pdf

1、近年來，隨著Internet的廣泛應(yīng)用和遙操作技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究人員和組織將各種可控設(shè)備和機(jī)器人連接到Internet。網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人不僅可以向控制者提供真實(shí)的遠(yuǎn)程場(chǎng)景，而且能夠在遠(yuǎn)程環(huán)境執(zhí)行和完成各種不同的操作任務(wù)。然而，數(shù)據(jù)傳輸存在不確定性延時(shí)，這個(gè)Internet的固有特性大大妨礙了用戶和機(jī)器人迅捷而及時(shí)地交互、影響了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人的性能和應(yīng)用都被嚴(yán)重地限制和降低。 本文在對(duì)現(xiàn)有解決

2、方案進(jìn)行詳細(xì)綜述的基礎(chǔ)上，提出了通過網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人自主性的研究來克服網(wǎng)絡(luò)信息傳輸延時(shí)問題對(duì)機(jī)器人控制的影響。具體研究工作包括以下幾個(gè)方面： (1)可調(diào)整自主性 提出用動(dòng)態(tài)可變的機(jī)器人自主性克服動(dòng)態(tài)不確定的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)問題。不同自主性層次下，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)的功能不同、用戶擁有的可控性也不同。在遙操作過程中，用戶可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況和任務(wù)執(zhí)行情況調(diào)整機(jī)器人的自主性層次，以動(dòng)態(tài)可變的自主性來適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)狀況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可調(diào)自主性改

3、善了遙操作過程中整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的執(zhí)行效率和效果。 (2)用戶意圖學(xué)習(xí) 提出機(jī)器人應(yīng)該具有從實(shí)踐經(jīng)歷(有與人之間的也有與環(huán)境之間的交互過程)中進(jìn)行學(xué)習(xí)以提高其自主性的能力。這種能力的體現(xiàn)之一就是機(jī)器人能夠從人機(jī)交互和自身感知中評(píng)估用戶意圖。在遙操作過程中，網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人從一系列用戶控制命令和本地傳感器感知中，對(duì)用戶意圖進(jìn)行建模。通過對(duì)用戶意圖的學(xué)習(xí)和捕獲，機(jī)器人具有在線估計(jì)用戶期望行為的智能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況影響了人機(jī)交流時(shí)，機(jī)器人

4、自主地執(zhí)行所預(yù)測(cè)到的用戶行為，從而補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)狀況帶來的用戶可控性的損失，以保證任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行直到最終完成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明意圖學(xué)習(xí)模型的有效性和可行性。 由于不同人機(jī)交互層次上的用戶控制意圖體現(xiàn)為多種形式，因此進(jìn)一步提出機(jī)器人應(yīng)該能夠?qū)Ω鞣N層次上的用戶意圖進(jìn)行學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)，即不僅能夠?qū)^低層次上的用戶意圖(比如正確的控制指令)進(jìn)行學(xué)習(xí)，而且還能評(píng)估高層次上的用戶意圖(例如合適的控制模式)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況影響了任務(wù)執(zhí)行時(shí)，機(jī)器人能夠主動(dòng)地向用戶

5、提供符合用戶期望和形勢(shì)要求的控制模式，以使用戶和機(jī)器人在一個(gè)適宜的交互層次上進(jìn)行合作，從而提高整個(gè)人機(jī)系統(tǒng)的工作效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這一方法的有效性和可行性。 (3)自適應(yīng)自主性 在意圖學(xué)習(xí)和可調(diào)自主性研究的基礎(chǔ)上，繼續(xù)探討機(jī)器人的自主性理論和智能控制，進(jìn)一步提出網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人的自適應(yīng)自主性。不僅人可以調(diào)整機(jī)器人自主性.機(jī)器人也應(yīng)該具備動(dòng)態(tài)改變自身自主性的能力。在遙操作過程中，網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人從人機(jī)交互經(jīng)歷中通過學(xué)習(xí)獲得能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)