【摘要】：人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展能使機(jī)器人適應(yīng)日益復(fù)雜多樣的作業(yè)環(huán)境與作業(yè)任務(wù),因此,探索新的人機(jī)交互方式,簡(jiǎn)化人機(jī)交互作業(yè)流程有著重要的意義。筆畫交互方式是一類繪制簡(jiǎn)單、識(shí)別穩(wěn)定的交互方式,已在家庭電腦、手機(jī)、平板等設(shè)備上廣泛應(yīng)用。在人-機(jī)器人交互領(lǐng)域,筆畫已被應(yīng)用于機(jī)器人移動(dòng)任務(wù),但對(duì)于機(jī)器人作業(yè)任務(wù),筆畫指令傳遞的信息量較少,且利用筆畫實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程接觸力、工作范圍控制的研究較少。針對(duì)上述問(wèn)題,本文于引入了筆畫點(diǎn)、筆畫軌跡、筆畫向量三類筆畫信息來(lái)解決機(jī)器人作業(yè)任務(wù)中的交互問(wèn)題,提出筆畫信息人機(jī)交互方法,該方法僅利用筆畫信息一類指令傳輸媒介,結(jié)合圖像處理、模式識(shí)別、路徑規(guī)劃、力速控制等技術(shù),同時(shí)實(shí)現(xiàn)作業(yè)對(duì)象參數(shù)的交互提取以及作業(yè)過(guò)程的交互控制,使交互過(guò)程得到簡(jiǎn)化,拓展了基于筆畫信息的人機(jī)交互方法研究方向,為復(fù)雜作業(yè)任務(wù)中的人機(jī)交互方式選擇問(wèn)題提供了新的解決方案與研究思路。提出了基于筆畫點(diǎn)的作業(yè)任務(wù)參數(shù)交互提取方法,該方法利用圖像配準(zhǔn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了彩色圖像與深度圖像像素點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng),解決了操作者繪制的筆畫點(diǎn)向三維空間投影的問(wèn)題,為后續(xù)實(shí)現(xiàn)筆畫軌跡的投影提供方法基礎(chǔ)。此外,對(duì)于僅有彩色圖像感知的情況,提出了利用多視角彩色圖像完成筆畫點(diǎn)向空間投影的方案,該方案使用核化相關(guān)濾波跟蹤技術(shù),實(shí)現(xiàn)多視角圖像采集,設(shè)計(jì)了多種圖像幀采樣策略組合,提升了空間位置的求解精度。結(jié)合開(kāi)門和擰閥門兩種典型救災(zāi)作業(yè)任務(wù),闡述了利用筆畫點(diǎn)求解作業(yè)對(duì)象參數(shù)的過(guò)程,并通過(guò)試驗(yàn),驗(yàn)證了所提出方法的有效性。針對(duì)離散筆畫點(diǎn)攜帶指令信息量較少的問(wèn)題,提出以連續(xù)筆畫軌跡代替離散筆畫點(diǎn)的作業(yè)對(duì)象參數(shù)交互提取方法,提高了彩色與深度圖像共存條件下的作業(yè)對(duì)象參數(shù)提取效率。該方法的貢獻(xiàn)在于它不僅利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),通過(guò)對(duì)筆畫軌跡的分類實(shí)現(xiàn)了對(duì)作業(yè)對(duì)象類型參數(shù)的提取,而且能進(jìn)一步利用筆畫軌跡對(duì)應(yīng)的三維空間點(diǎn)軌跡特征,通過(guò)相鄰點(diǎn)差分尋找軌跡突變位置,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作業(yè)對(duì)象的位置、尺寸等參數(shù)的求解。開(kāi)展了針對(duì)機(jī)器人典型救災(zāi)作業(yè)任務(wù)的參數(shù)提取試驗(yàn),驗(yàn)證了所提出方法的有效性,實(shí)現(xiàn)了作業(yè)對(duì)象類型、位置、尺寸的同步提取,為后續(xù)作業(yè)過(guò)程交互控制的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。針對(duì)訓(xùn)練筆畫軌跡分類器需要大量樣本這一問(wèn)題,提出了筆畫軌跡數(shù)據(jù)集迭代生成方法。傳統(tǒng)筆畫合成方法大都只評(píng)價(jià)最終生成數(shù)據(jù)集的多樣性,而本文所設(shè)計(jì)方法將多樣性評(píng)價(jià)結(jié)果反饋給生成過(guò)程,采用迭代的方式,逐步使筆畫軌跡數(shù)據(jù)集的多樣性達(dá)到平衡;此外,該方法利用Bezier曲線對(duì)筆畫軌跡模板進(jìn)行構(gòu)建,解決了單筆畫和多筆畫的模板構(gòu)建問(wèn)題。在公開(kāi)數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了筆畫軌跡人工合成試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明該方法生成的數(shù)據(jù)能較好地模擬操作員手工繪制數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了筆畫軌跡的大量生成。為解決作業(yè)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的交互控制問(wèn)題,提出了筆畫向量引導(dǎo)的機(jī)器人多策略混合交互控制方法,該方法的創(chuàng)新性及實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)在于如何將筆畫向量信息轉(zhuǎn)化為機(jī)器人控制量。本文以筆畫向量作為期望力及期望速度來(lái)源,將力速混合控制策略及虛擬固定約束控制策略相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了筆畫向量向機(jī)器人控制量的轉(zhuǎn)化,使操作者能實(shí)時(shí)地控制作業(yè)末端的運(yùn)動(dòng);此外,利用筆畫向量實(shí)時(shí)輸入的特性,設(shè)計(jì)了虛擬固定約束動(dòng)態(tài)調(diào)整方法,提高了交互控制過(guò)程的靈活性。搭建了試驗(yàn)平臺(tái),以四種典型救災(zāi)作業(yè)任務(wù)為例,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的交互控制方法在控制運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)的有效性和精確性,同時(shí),展示了該方法在面臨存在障礙或受力過(guò)大等特殊作業(yè)條件時(shí),具有輔助操作者實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)動(dòng)軌跡的能力。
【圖文】：

a) 筆畫軌跡 b) 操作過(guò)程圖) Stroke gestures designed b) Control process based on stroke gestu圖 1-2 筆畫軌跡及移動(dòng)任務(wù)交互系統(tǒng)操作過(guò)程圖Fig. 1-2 Working process of a cleaning robot using stroke-based interfaceKentaro 等[38]使用激光軌跡完成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制。作者指出，在早中，研究者通常利用激光點(diǎn)的聚焦特性為完成抓取任務(wù)或按壓按鈕器人提供目標(biāo)所在位置，但僅提供單一目標(biāo)位置，難以協(xié)助機(jī)器人作業(yè)任務(wù)�；谝陨峡紤]，作者對(duì)激光指令的復(fù)雜程度進(jìn)行了提升

第 1 章 緒 論單一激光點(diǎn)，改變?yōu)槔眉す廛壽E。激光軌跡繪制過(guò)程如圖 1-3a)文中為移動(dòng)機(jī)器人清理地面物體任務(wù)設(shè)計(jì)了 5 種激光軌跡指令，，其選擇指令，4 種為動(dòng)作指令，分別是運(yùn)送、收集、清理和取消當(dāng)前指令的形式如圖 1-4 所示。為了更好地輔助操作者進(jìn)行機(jī)器人控制向系統(tǒng)中加入了語(yǔ)音及投影反饋，語(yǔ)音反饋便于操作者確認(rèn)機(jī)器人理解了運(yùn)動(dòng)指令，投影反饋則實(shí)時(shí)地在地面上展示操作者繪制的激狀態(tài)，便于操作者更精準(zhǔn)地完成軌跡繪制，激光軌跡反饋過(guò)程如圖
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2650169