【摘 要】
:
多机器人系统通过合作能够执行比单机器人更复杂的任务而且具有更强的灵活性、容错性和环境适应性。然而,尽管近年来机器人的自主任务执行能力发展迅速,但复杂环境中,仍然需要人类以高级推理和规划的形式进行干预。因此将人类的智慧引入到多机器人系统的控制和决策中,相比于全自主的多机器人系统更具有现实意义。此外,如果主端的操作员可以接受来自从端的力触觉反馈,其临场感和反应能力将会得到显著的提高,因此利用力反馈设备
【基金项目】
:
国家自然科学基金(61973076):面向物理交互的作业型飞行机器人双边遥操作; 国家重点研发计划(2020YFC1511904):长距离输水建筑物灾后水下应急检测与处置技术装备研发; 江苏省第五期“333工程”科研项目(BRA2019044):作业型飞行机器人远程抓取的共享控制方法
论文部分内容阅读
多机器人系统通过合作能够执行比单机器人更复杂的任务而且具有更强的灵活性、容错性和环境适应性。然而,尽管近年来机器人的自主任务执行能力发展迅速,但复杂环境中,仍然需要人类以高级推理和规划的形式进行干预。因此将人类的智慧引入到多机器人系统的控制和决策中,相比于全自主的多机器人系统更具有现实意义。此外,如果主端的操作员可以接受来自从端的力触觉反馈,其临场感和反应能力将会得到显著的提高,因此利用力反馈设备与多机器人系统进行交互已经引起了广泛关注。然而利用力反馈设备与多机器人系统交互时,存在遥操作任务有限、交互不直观及操作员承担的操作负荷巨大等问题。对此,本文研究基于眼动跟踪和力反馈的移动机器人编队控制系统,以基于手眼双模态输入的远程控制为重点展开研究。首先设计了基于眼动跟踪的人机交互接口。对操作员的注视信息进行建模,建立注视点和停留时间与队形命令的映射关系。利用眼动仪获取操作员在图形交互界面上的注视点及停留时间,通过算法处理得到从端多机器人系统的期望队形。同时,提出了一种基于眼动跟踪和力反馈的移动机器人编队控制系统,该系统将多移动机器人的任务划分为两个层级:遥操作任务和自主任务。遥操作任务由操作员操控主端人机交互设备完成,力反馈设备的末端执行器用来产生多移动机器人的速度和队形大小命令。眼动仪通过捕捉操作员在图形用户界面上的注视点,生成期望队形形状命令。自主任务包括避障和队形保持等,由多机器人系统自主完成。同时从端多机器人系统通过力反馈设备将内部状态传递给主端操作员。最后进行了系统集成和实验验证,实验包括半实物仿真实验和实物实验。在半实物仿真实验的可行性分析中,设计了三个任务场景:覆盖任务、避障任务、编队任务。此外,为了评价本课题提出的远程控制系统的性能设计了对比实验,与传统的双边遥操作系统进行比较。利用转向熵、主任务效率和附加任务效率对实验结果进行定量分析,同时通过心理物理学实验定性评价了系统的性能。然后,在实物平台上综合验证了本课题提出的基于眼动跟踪和力反馈的多移动机器人远程控制系统的各项功能。实验结果表明,相比于仅利用力反馈设备控制多移动机器人的传统模式,在本课题提出的基于手眼双模态输入的遥操作系统中,操作员的认知负荷减少45.3%,主任务效率提高了35.5%,可承担的附加任务增加了43%。此外,用户普遍表示相比于传统的双边遥操作系统,本课题提出的远程控制系统的体验感更好,趣味性更强。
其他文献
作为最严重的突发性自然灾害之一,地震随时危及着人类的生命财产安全。1985年墨西哥大地震、1995年日本阪神大地震和2010年海地地震等多次地震震害均显示出,结构在软土场地尤其是滨海地区软弱土地基上受土-结构相互作用影响大于其他场地,且在地震作用下结构可能出现多种不利的破坏模式。我国位于环太平洋地震带西部,西南和西北处位于欧亚地震带上,自古就是一个地震灾害严重的国家。同时我国滨海城市众多,其中部分
高烈度地震设防区大跨高铁站房作为生命线工程,具有体量大、跨度大,净空高,地上、地下结构形式复杂等特点,抗震设防难度大,采用传统抗震设计方法或单一结构振动控制技术可能难以满足预期抗震性能要求,有必要将振动控制效果更好的减隔震组合设计方法应用于此类结构的抗震设防。本文采用理论分析、数值模拟、工程实例相结合的方式,对高烈度区大跨高铁站房采用减隔震组合设计方法开展了系统研究。基于消能减震设计流程和隔震设计
随着经济全球化的发展,制造型企业面临的市场竞争愈发激烈,为提升库存管理效率、降低企业运营成本,许多企业开始应用库存信息管理系统。但传统的信息管理系统存在数据更新效率低下、信息利用程度低与系统笨重等不足,无法满足当今制造型企业的需要。面对这些需求,本文在传统信息管理系统的基础上设计了一种结合了射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)与决策支持技术的物料信
脑卒中有较高的发病率、致残率和致死率,已经成为危害人类健康的重要疾病之一。研究证实,颈动脉粥样硬化高风险斑块(high risk plaque,HRP)是导致缺血性脑卒中的主要病因之一。在病理学上,HRP的主要特征包括斑块内出血(Intraplaque hemorrhage,IPH)、大的富含脂质的坏死核(>40%)(lipid-rich necrotic core,LRNC)和纤维帽破裂(fib
随着物联网技术和可穿戴式电子设备的迅速发展,将可穿戴式设备和智能家居系统相结合成为当今的研究热点。在智能家居中,基于可穿戴式的姿态采集设备代替传统的遥控设备更加符合人们的需求,如何使用可穿戴式设备对室内家电进行统一的调控,受到越来越多研究人员的关注。基于当前的研究现状,本文提出一套基于可穿戴姿态传感器的智能家居人机交互系统,研究利用姿态传感器采集不同的手势控制多家电下的室内智能家居。首先搭建了基于