外文翻譯--指令集成系統(tǒng)和協(xié)作機(jī)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(jī)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(jī)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(dòng)式機(jī)器人時(shí)可以提高其自治的三個(gè)問(wèn)題在這篇文章中用實(shí)驗(yàn)性調(diào)查顯示出來(lái)。即（1）單一的使用者與復(fù)合式機(jī)器人之間的集合工序和目標(biāo)追蹤的機(jī)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(shí)驗(yàn)室性機(jī)器人的技術(shù)提供一種方案。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是：?jiǎn)我坏氖褂谜呤强梢悦畎ㄈ我馀鲎策\(yùn)動(dòng)和目標(biāo)追蹤在內(nèi)的機(jī)器人的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 移動(dòng)式機(jī)器人 飛行器

3、 MARS測(cè)試平臺(tái) 目標(biāo)追蹤 監(jiān)測(cè)軌跡</p><p><b>　　正 文</b></p><p><b>　　1.簡(jiǎn)介</b></p><p>　　目前，遠(yuǎn)程機(jī)器人系統(tǒng)需要人們?nèi)ゲ僮鲉我坏臋C(jī)器人。這些都是為了今后可以一人來(lái)控制多個(gè)機(jī)器人。例如，為使將來(lái)有益于少數(shù)人控制多數(shù)機(jī)器人的空間結(jié)構(gòu)的建立。</p>

4、<p>　　現(xiàn)在對(duì)一個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)器人的控制技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)非常的高水平，但我們?nèi)稳恍枰趯?duì)多組機(jī)器人的遠(yuǎn)程技術(shù)上狠下工夫。特別地，我們必須在提高機(jī)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(jī)器人去執(zhí)行提供界面；</p><p>　?。?）為能夠讓所有機(jī)器人的自由碰撞路線提供自主的、實(shí)時(shí)的構(gòu)造；<

5、;/p><p>　?。?）為能夠提供能追蹤運(yùn)動(dòng)物體的機(jī)器人軌道路線。</p><p>　　在先前的來(lái)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(jī)的界面；</p><p>　　克拉克設(shè)計(jì)了一個(gè)復(fù)合式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；</p&g

6、t;<p>　　弗雷能對(duì)物體運(yùn)動(dòng)估計(jì)最優(yōu)方案設(shè)計(jì)了軌道線路。</p><p>　　圖1：MARS測(cè)試平臺(tái)的飛行器</p><p>　　在這幅圖當(dāng)中，展示出了對(duì)這些技術(shù)的綜合性的闡明。</p><p>　　第二部分對(duì)三個(gè)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(tái)及相關(guān)設(shè)備。第四部分詳細(xì)地總結(jié)了作為一個(gè)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(wèn)題</b></p><p><b>　　2．1人類界面</b></p><p>　　為了操作一個(gè)復(fù)合性機(jī)器人的系統(tǒng)，這個(gè)人就必須要獲得所有關(guān)于遠(yuǎn)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(duì)一個(gè)或幾個(gè)機(jī)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(jī)器人的人

8、類和機(jī)器人對(duì)話的基面論述。特別是瓊斯提出了以下相應(yīng)的論點(diǎn)：</p><p>　　——建立結(jié)構(gòu)及其對(duì)話領(lǐng)域；</p><p>　　——?jiǎng)?chuàng)建輸送有效對(duì)話的一種機(jī)器人能力基礎(chǔ)設(shè)施；</p><p>　　——?jiǎng)?chuàng)建為處理對(duì)話的社會(huì)慣例決策的相應(yīng)程序；</p><p>　　——開(kāi)發(fā)一種允許操作者去執(zhí)行關(guān)于機(jī)器人系統(tǒng)的對(duì)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(duì)話的交流對(duì)話模型的實(shí)現(xiàn)。這種假設(shè)就類似對(duì)話在人類和機(jī)器人組合中扮演了一個(gè)重要的角色。</p><p>　　為了提供給機(jī)器人環(huán)境的三維空間視覺(jué)，界面實(shí)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(guò)電子手段來(lái)進(jìn)行界面的對(duì)話。當(dāng)運(yùn)用鼠標(biāo)來(lái)在屏幕上選中它們時(shí)候，對(duì)話開(kāi)始。運(yùn)用界面來(lái)分析物體的特征，從而使機(jī)器人來(lái)判斷物體。界面一直等到機(jī)器人完成對(duì)

10、物體進(jìn)行分析的有任務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，再返回后作出反映。任務(wù)完成的結(jié)果以對(duì)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(jìn)行選擇，并且完成被派去的執(zhí)行命令的的機(jī)器人、任務(wù)、或物體的命令。</p><p>　　圖2：人機(jī)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(gè)例子，兩個(gè)機(jī)器人（用自己圓柱體表示）和3個(gè)在工作面上的測(cè)

11、試性物體。在屏幕左邊，操作者命令機(jī)器人對(duì)物體進(jìn)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(gè)基礎(chǔ)性對(duì)話能夠控制大量的機(jī)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(gè)機(jī)器人在恰當(dāng)?shù)木车刂械哪芰μ峁┝艘粋€(gè)可靠的方法，與此同時(shí)，它也使操作者能夠去參加資源的處理和對(duì)機(jī)器人的相應(yīng)設(shè)計(jì)工作。</p><p><b>　　2.2運(yùn)動(dòng)平面&

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

13、gt;　　由克拉克開(kāi)發(fā)出的一個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到了上面所述這種需求，哈蘇和肯多開(kāi)發(fā)出了基于設(shè)計(jì)者的規(guī)則系統(tǒng)。他們的工作闡明了一種方案：即一個(gè)動(dòng)態(tài)顯象管隨機(jī)化運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)者對(duì)周圍存在動(dòng)態(tài)障礙物和靜態(tài)障礙物的單一機(jī)器人的操作。</p><p>　　對(duì)于處置更多的機(jī)器人而言，那對(duì)動(dòng)態(tài)顯象管隨機(jī)化運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)就被延伸了。在這種情況下，當(dāng)機(jī)器人檢測(cè)到彼此使用的傳感器，以便進(jìn)行彼此的交流溝通。機(jī)器人使用一個(gè)優(yōu)化的系統(tǒng)，來(lái)對(duì)他們運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的協(xié)

14、調(diào)化來(lái)避免相互的碰撞。</p><p>　　每個(gè)機(jī)器人必須要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)關(guān)于對(duì)少數(shù)障礙物的知識(shí)性設(shè)計(jì)。在機(jī)器人的區(qū)域中對(duì)那些物體的設(shè)計(jì)，其中的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)問(wèn)題是十分地簡(jiǎn)單的導(dǎo)致降低了設(shè)計(jì)的時(shí)間。當(dāng)有新的事物進(jìn)入機(jī)器的視線領(lǐng)域的時(shí)候，我們就必須要求進(jìn)行一個(gè)重復(fù)性的設(shè)計(jì)以此來(lái)確保機(jī)器人軌跡不會(huì)發(fā)生自由的碰撞。</p><p>　　一個(gè)涉及10個(gè)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(lái)表示機(jī)器人的軌跡。在一個(gè)特定的工作空間中對(duì)大量的機(jī)器人而言，運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)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(gè)機(jī)器人的雜亂的環(huán)境中。其中還包括動(dòng)態(tài)、靜態(tài)障礙物，對(duì)環(huán)境變化作出迅速反應(yīng)和實(shí)時(shí)重復(fù)設(shè)計(jì)的允許機(jī)器人有0.1S間隔的設(shè)計(jì)時(shí)間。雖然運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)對(duì)10個(gè)機(jī)器人和5個(gè)障礙物的模擬舉例</p><p>　　圖（a）論述了飛行器，他們的目標(biāo)和模擬前的障礙物。在（b）中，模擬實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始的時(shí)候，所有的飛行器都進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，圖（c）和（d）是實(shí)時(shí)計(jì)劃在飛行中的典型例子（可以看出這充分地顯示了通過(guò)障礙物的最初的軌跡線，但是因?yàn)闄C(jī)器人必須要跟得很近以便于去檢測(cè)它們，而這些障礙物它們重新進(jìn)行設(shè)計(jì)來(lái)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(dá)它們的目的地。</p><p>　　2.3物體狀態(tài)的軌跡設(shè)計(jì)</p><p>　　物體的運(yùn)動(dòng)評(píng)估是自治性機(jī)器人的核心化能力。通過(guò)收集用攝相機(jī)監(jiān)測(cè)獲得的單個(gè)特殊的追蹤數(shù)據(jù)來(lái)解決這一類問(wèn)題。這一系統(tǒng)利用了安置在人來(lái)引導(dǎo)機(jī)器人的傳感器（應(yīng)用在航海技術(shù)的運(yùn)動(dòng)傳感器和提供情景式狀態(tài)的攝相機(jī)）上，所以不需要添加附加的負(fù)載。此外，

18、攝相機(jī)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(gè)攝相機(jī)來(lái)解決使用大量攝相機(jī)給系統(tǒng)帶來(lái)的附加很長(zhǎng)和錯(cuò)誤容許間隙是非常有必要的。</p><p>　　物體的運(yùn)動(dòng)估計(jì)使用應(yīng)變式傳感器，例如研究深入的單眼式。問(wèn)題的關(guān)鍵特征是物體的位移和速度不可能隨時(shí)都可觀測(cè)到，而統(tǒng)計(jì)量在攝相機(jī)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(jì)方案，這種方案可以最大限度地將背景信息提供給估量過(guò)濾器

19、。根據(jù)這種新方案提出的三種主要問(wèn)題是：</p><p>　　視線的局限性，最佳軌跡的速度發(fā)展，以及對(duì)于不確定物體狀況的最優(yōu)解決方法的獨(dú)立性——參數(shù)的估計(jì)。</p><p>　　新的軌道設(shè)計(jì)方法使用了金字塔式。在特定時(shí)間內(nèi)獲得最低限度的時(shí)間的限制，這樣的目的是在最少時(shí)間獲得不確定性估計(jì)，或產(chǎn)生了對(duì)不確定性的波動(dòng)。由于一系列的連續(xù)性運(yùn)行，恒定速度的操控，機(jī)器人的軌跡被參數(shù)化。為了平衡幾種設(shè)計(jì)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(jì)出的軌道在大幅度降低設(shè)計(jì)成本和時(shí)間上獲得了近乎完美的程度。另外，這種設(shè)計(jì)方案不斷更新軌跡原來(lái)的數(shù)據(jù)從而作為新的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)是很容易在對(duì)物體的估計(jì)方面上達(dá)成一致性的。</p><p>　　以上是一個(gè)模擬性例子，它使用新的設(shè)計(jì)方法去估測(cè)一個(gè)以0.0——0.015m/s的勻速運(yùn)動(dòng)物體，這種方法被稱之為使用定時(shí)最低限度的不確定型費(fèi)用。機(jī)器人有5—

21、—6s的操作時(shí)間，運(yùn)行空間有5個(gè)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(shí)目標(biāo)路徑和程序運(yùn)行的目標(biāo)估計(jì)。圖4（b）顯示了時(shí)間影響位移出現(xiàn)的錯(cuò)誤，正如預(yù)料的那樣，當(dāng)錯(cuò)誤出現(xiàn)在X軸坐標(biāo)時(shí)，在Y坐標(biāo)軸中這種錯(cuò)誤持續(xù)性很小，這對(duì)物體排列的一致性需要花費(fèi)更多的時(shí)間。</p><p>　　圖4：完成新的軌跡設(shè)計(jì)方法的模擬舉例</p><p>　　圖（a）演示了最終的機(jī)器人

22、軌道，圖(b)顯示由于時(shí)間的影響產(chǎn)生目標(biāo)位移的錯(cuò)誤。</p><p>　　3.微型自主性測(cè)試平臺(tái)</p><p>　　微型自主性測(cè)試平臺(tái)提供了一個(gè)二維空間來(lái)研究自主性飛行器。這個(gè)平臺(tái)由一個(gè)12*9的花崗石桌面構(gòu)成，有6個(gè)自主型機(jī)器人在表面運(yùn)行。每個(gè)機(jī)器人都擁有置于空間外的自己的設(shè)計(jì)者?？刂菩盘?hào)進(jìn)程也是在外空間進(jìn)行處理，由一個(gè)機(jī)器人通過(guò)無(wú)限RC信號(hào)將控制信號(hào)傳遞出去。一個(gè)可視性體系為三個(gè)攝相

23、機(jī)提供給位置傳感器去測(cè)試安裝在機(jī)器人頂部表面的顯示器裝置。</p><p>　　所有的在從MARS平臺(tái)的交流信息都是通過(guò)實(shí)時(shí)實(shí)新的網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)器進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸完成的。它的作用在公開(kāi)發(fā)表或訂閱的結(jié)構(gòu)中。所以每個(gè)網(wǎng)點(diǎn)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(cè)試平臺(tái)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(lái)表示機(jī)器人，在屏幕右上角位置的地方用黃色的線條來(lái)代表軌跡線路，通過(guò)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)者構(gòu)成的機(jī)器人軌跡線路用紅色的曲線來(lái)表示，用兩條紫色的線條來(lái)表示跟蹤機(jī)器人的監(jiān)視范圍。</p><p>　　為了擴(kuò)大視眼范圍，將無(wú)線攝相機(jī)安裝在微型自治式飛行器頂部測(cè)試平臺(tái)來(lái)監(jiān)測(cè)地面。這些單元具有商業(yè)性，并由2.4GHZ的無(wú)線立體發(fā)射機(jī)組合起來(lái)。用發(fā)光二極管（LED）通過(guò)跟蹤軌跡

25、來(lái)組裝物體。</p><p><b>　　4.集成系統(tǒng)</b></p><p>　　為了將三種設(shè)計(jì)綜合于一個(gè)體系當(dāng)中，用如下更改系統(tǒng)來(lái)解決幾種對(duì)應(yīng)的技術(shù)性問(wèn)題：</p><p>　　用圖片使用者界面來(lái)添加新的對(duì)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(hào)體系。</p><p&

26、gt;　　為了采取動(dòng)態(tài)方案，安裝在攝象頭上的追蹤性機(jī)器人擁有很高的優(yōu)越性。從而使所有的機(jī)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(guò)機(jī)器人的時(shí)間同步性建立中央計(jì)時(shí)器</p><p>　　下面的實(shí)驗(yàn)顯示了三個(gè)研究效果的整體性，圖片使用者界面進(jìn)行的操控來(lái)逃避碰撞鎖定定位目標(biāo)的復(fù)合型機(jī)器人。</p><p>　　圖5 操控復(fù)合型機(jī)器人</p><p>

27、　　實(shí)驗(yàn)初期，在圖片底部的機(jī)器人首先要被命令去跟隨在左邊有攝象機(jī)的機(jī)器人。（如圖5a）。它必須與攝象機(jī)機(jī)器人保持30厘米的距離。緊接著，攝象機(jī)機(jī)器人用于監(jiān)測(cè)目標(biāo)，在這種情況下機(jī)器人在頂部（如圖5b）必須要求它減少位移估計(jì)的不確定值。執(zhí)行任務(wù)的最后一個(gè)機(jī)器人要橫穿這個(gè)工作面。（如圖5c）。紅色曲線代表設(shè)計(jì)者的軌道。讓它與攝象機(jī)型機(jī)器人形成對(duì)立面。在圖5d中，這個(gè)最后的機(jī)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(shí)時(shí)路徑，在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)中并沒(méi)有明顯間斷。</p><p>　　最終地，圖片使用者界面運(yùn)用于命令三個(gè)機(jī)器人去完成有用的工作過(guò)程當(dāng)中。它們?cè)诠ぷ鳝h(huán)境中正確地鎖定目標(biāo)，這個(gè)工作被第一個(gè)機(jī)器人成功地監(jiān)控，與此同時(shí)，而第三個(gè)機(jī)器人能夠達(dá)到它的位置目標(biāo)，而它同時(shí)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(duì)于復(fù)合型機(jī)器人系統(tǒng)的可行性而言要三項(xiàng)基本工作是十分重要的。特別地，這個(gè)類型的工作可以由一個(gè)使用者和多個(gè)機(jī)器人的界面去完成，其中還包括目標(biāo)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(shí)驗(yàn)性質(zhì)的說(shuō)明中，這種實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的說(shuō)明說(shuō)明它們作為更大更復(fù)雜的體系中的成分。工作合并實(shí)驗(yàn)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(xiàng)基本工作為協(xié)作性復(fù)合機(jī)器人系統(tǒng)顯示了單一的使用者可以控制一組機(jī)器人去執(zhí)行獨(dú)立的工作，

30、而這其中又包括了自由碰撞運(yùn)動(dòng)和目標(biāo)追蹤。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 誒德拉,“克拉姆式過(guò)濾舉止的相對(duì)位置追蹤申請(qǐng)的行為”,電機(jī)工程師協(xié)會(huì)交易上關(guān)于航空宇宙和電子系統(tǒng)的交流。29-39,1號(hào),AES 15，1979年1月。 </p><p>　　2 可拉克, 布瑞特，若克，電機(jī)工程師協(xié)會(huì)航空宇宙會(huì)議

31、提出“用應(yīng)用吉納膠力度變化對(duì)多機(jī)械手隨機(jī)化了系統(tǒng)的一個(gè)動(dòng)態(tài)的優(yōu)先權(quán)系統(tǒng)的計(jì)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(duì)同時(shí)性的局限和地圖建筑物( 砰然聲 ) 問(wèn)題的解決辦法” 納亞克，紐曼， 可拉克, 杜瑞特—懷特,可索伯,電機(jī)工程師協(xié)會(huì)關(guān)于對(duì)機(jī)械手工程和自動(dòng)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(jué)為基礎(chǔ)的不變速度的追蹤對(duì)準(zhǔn),”在電機(jī)工程師協(xié)會(huì)機(jī)械手工程和自動(dòng)化上的國(guó)際會(huì)議上被呈現(xiàn),2003年。</p><p>　　5 赫蘇，肯狄, 拉托姆布,洛克,“隨機(jī)化了 Kino dynamic 提議由于移動(dòng)障礙計(jì)劃,機(jī)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(duì)話為基礎(chǔ)的人- 機(jī)械手交互作用因?yàn)榭臻g建筑隊(duì),”電機(jī)工程師協(xié)會(huì)