在本节中,我们将介绍一个相当复杂的自主移动机器人体系架构。参加会议的研究生机器人(GRACE)是5家研究机构(卡内基·梅隆大学、西北大学、海军研究实验室、Metrica公司和Swarthmore学院)共同努力的成果,设计用于参加美国人工智能协会(AAAI)机器人挑战赛。挑战赛要求机器人作为与会者参加AAAI举办的全美人工智能大会,机器人必须找到注册台(事先不知道会议中心的布局),登记参加会议,然后根据会议提供的地图,找到路线并及时到达指定地点路线并进行学术交流。
GRACE建立在真实世界界面(RWI)的B21机器人基础之上,并在平板液晶显示器(LCD)屏幕上投影出表情丰富的计算机动画人脸(图12.9)。B21附带的传感器包括触摸、红外和声纳等传感器,基座附近是SICK扫描激光测距仪,提供180°的视野。此外,GRACE还装配了几台摄像机,包括由Metrica TRACLabs制造的云台立体摄像机、一台佳能产的云台变焦单色摄像机。GRACE可以借助高质量的语音生成软件(Festival)讲话,并使用无线麦克风耳机(Shure TC计算机无线发射器/接收器套件)接收语音信息。
图 12.9 GRACE
该体系架构对执行层的每项功能都采用独立流程,主要是因为底层代码是由不同组织开发的。尽管同时运行大量进程的效率有点低,但将所有内容集成到单个进程中完成,则困难太大。此外,使用单独的进程有助于开发和调试,因为每次只需与系统中需要测试的部分打交道。
执行层由完成挑战赛每个子任务的独立程序构成,包括寻找注册台、乘坐电梯、排队、与注册人员交流、导航至演讲区和演讲(图12.10)。与许多已实现的机器人系统一样,GRACE体系架构没有规划层,因为高级规划任务要么是固定不变的,要么比较简单,直接编程即可。有些执行层程序采用TDL(参见第12.3.3节)编写而成,这有助于并发控制和各种任务的监测。
一个特别复杂的任务是寻找注册台(从前文已知,GRACE并不知道注册台在哪里,甚至也不知道会议中心的样子)。TDL被用于创建一个有限状态机,允许GRACE维护多个目标,如使用电梯到达指定的楼层,并按照指示找到电梯(图12.11),终级目标是找到注册台。创建中间子目标是GRACE与人进行互动,以确定拿到去注册台的指南。如果没有指南可用,GRACE会随机散步,直到使用激光扫描仪检测到人,它便与人进行交流,以获得指南。GRACE可以处理简单的命令,例如左转并前进5米,以及更高级别的指令,如乘坐电梯,下一个路口左转。此外,GRACE还可以提出问题,例如“我是否在登记处?”,“这是电梯吗?”。GRACE使用基于TDL的有限状态机来确定哪些交互在不同时间是适当的,这样可防止思维混乱。
图 12.10GRACE的体系架构
图 12. 11GRACE按照指南走到注册台的有限状态机
2002年 7月, GRACE在加拿大埃德蒙顿的 Shaw会议中心成功完成了这一挑战。行为层的进程总的来说按预期那样工作,这主要是归功于这些模块是从先前开发的(经过良好测试的)系统中移植的。而执行层的进程在非标准情境下则出了不少问题,这主要归因于传感器数据理解上,以及关于会议中心看起来会是什么样的错误假设(例如,事实证明,一些隔断是由玻璃制成的,这对激光传感器几乎检测不到)。不过,总体而言,该体系架构本身按预期工作,使大量复杂的软件能够更快地集成并高效地一起运行。
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《机器人手册》(原书第2版) 第1卷 机器人基础
《机器人手册》(原书第2版) 第2卷 机器人技术
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译者序
作者序一(第1版)
作者序二(第1版)
作者序三(第1版)
作者序四(第1版)
第2版前言
多媒体扩展序
如何访问多媒体内容
主编简介
篇主编简介
多媒体团队简介
作者列表
缩略词列表
第3篇传感与感知
内容导读
第28章力、触觉传感器
28.1概述
28.2传感器类型
28.3触觉信息处理
28.4集成方面的挑战
28.5总结与展望
视频文献
参考文献
第29章惯性传感器、GPS和里程计
29.1里程计
29.2陀螺仪系统
29.3加速度计
29.4惯性传感器套装
29.5基于卫星的定位(GPS和GLS)
29.6GPS-IMU集成
29.7延展阅读
29.8市场上的现有硬件
参考文献
第30章声呐传感器
30.1声呐原理
30.2声呐波束图
30.3声速
30.4波形
30.5换能器技术
30.6反射物体模型
30.7伪影
30.8TOF测距
30.9回声波形编码
30.10回声波形处理
30.11CTFM声呐
30.12多脉冲声呐
30.13声呐环
30.14运动影响
30.15仿生声呐
30.16总结
视频文献
参考文献
第31章距离传感器
31.1距离传感器的基础知识
31.2距离传感器技术
31.3配准
31.4导航、地形分类与测绘
31.5结论与延展阅读
参考文献
第32章三维视觉导航与抓取
32.1几何视觉
32.2三维视觉抓取
32.3结论与延展阅读
视频文献
参考文献
33.1对象类
33.2技术现状回顾
33.3讨论与结论
参考文献
第34章视觉伺服
34.1视觉伺服的基本要素
34.2基于图像的视觉伺服
34.3基于位置的视觉伺服
34.4先进方法
34.5性能优化与规划
34.6三维参数估计
34.7确定s*和匹配问题
34.8目标跟踪
34.9关节空间控制的Eye-in-Hand和
Eye-to-Hand系统
34.10欠驱动机器人
34.11应用
34.12结论
视频文献
参考文献
第35章多传感数据融合
35.1多传感数据融合方法
35.2多传感器融合体系架构
35.3应用
35.4结论
视频文献
参考文献
第4篇操作与交互
内容导读
第36章面向操作任务的运动
36.1概述
36.2任务级的控制
36.3操作规划
36.4装配运动
36.5集成反馈控制和规划
36.6结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第37章接触建模与操作
37.1概述
37.2刚体接触运动学
37.3力与摩擦
37.4考虑摩擦时的刚体运动学
37.5推进操作
37.6接触面及其建模
37.7摩擦限定面
37.8抓取和夹持器设计中的接触问题
37.9结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第38章抓取
38.1模型与定义
38.2受控的运动旋量与力旋量
38.3柔性抓取
38.4约束分析
38.5实例分析
38.6结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第39章协同操作臂
39.1历史回顾
39.2运动学与静力学
39.3协同工作空间
39.4动力学及负载分配
39.5操作空间分析
39.6控制
39.7结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第40章移动操作
40.1抓取和操作
40.2控制
40.3运动生成
40.4机器学习
40.5机器感知
40.6总结与延展阅读
视频文献
参考文献
第41章主动操作感知
41.1通过操作的感知
41.2物体定位
41.3了解物体
41.5结论
视频文献
参考文献
第42章触觉技术
42.1概述
42.2触觉装置设计
42.3触觉再现
42.4触觉交互的控制和稳定
42.5其他类型的触觉交互
42.6结论与展望
参考文献
第43章遥操作机器人
43.1概述
43.2遥操作机器人系统及其应用
43.3控制架构
43.4双边控制和力反馈控制
43.5遥操作机器人的前沿应用
43.6结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第44章网络机器人
44.1概述与背景
44.2简要回顾
44.3通信与网络
44.4网络机器人的属性
44.5云机器人
44.6结论与未来方向
视频文献
参考文献
第5篇移动与环境
内容导读
第45章环境建模
45.1发展历程概述
45.2室内与结构化环境的建模
45.3自然环境与地形建模
45.4动态环境
45.5结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第46章同步定位与建图
46.1SLAM:问题的定义
46.2三种主要的SLAM方法
46.3视觉SLAM与RGB-D SLAM
46.4结论与未来挑战
视频文献
参考文献
第47章运动规划与避障
47.1非完整移动机器人:遵循控制理论的
运动规划
47.2运动学约束与可控性
47.3运动规划与短时可控性
47.4局部转向方法与短时可控性
47.5机器人与拖车
47.6近似方法
47.7从运动规划到避障
47.8避障的定义
47.9避障技术
47.10避障机器人的形状特征、运动学与
动力学
47.11规划-反应的集成
47.12结论、未来方向与延展阅读
视频文献
参考文献
第48章腿式机器人的建模与控制
48.1腿式机器人的研究历程
48.2腿部运动的动力学建模
48.3稳定性分析:不跌倒
48.4动态行走与跑步运动的生成
48.5运动与力控制
48.6实现更高效的行走
48.7不同类型的接触行为
48.8结论
参考文献
第49章轮式机器人的建模与控制
49.1背景
49.2控制模型
49.3对于完整约束系统控制方法的
适应性
49.4针对非完整约束系统的方法
49.5非理想轮地接触下的路径跟随
49.6补充材料与文献指南
视频文献
参考文献
第50章崎岖地形下机器人的建模与控制
50.1概述
50.2崎岖地形下的轮式机器人建模
50.3崎岖地形下轮式机器人的控制
50.4崎岖地形下的履带式机器人建模
50.5履带式机器人的稳定性分析
50.6崎岖地形下的履带式机器人控制
50.7总结
视频文献
参考文献
第51章水下机器人的建模与控制
51.1水下机器人在海洋工程中日益重要的
作用
51.2水下机器人
51.3应用
51.4结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第52章飞行机器人的建模与控制
52.1概述
52.2飞行机器人的建模
52.3控制
52.4路径规划
52.5飞行器状态估计
52.6结论
视频文献
参考文献
第53章多移动机器人系统
53.1历史
53.2多机器人系统的体系架构
53.3通信
53.4网络移动机器人
53.5集群机器人
53.6模块化机器人
53.7异构系统
53.8任务分配
53.9学习
53.10应用
53.11结论与延展阅读
视频文献
参考文献
《机器人手册》(原书第2版) 第3卷 机器人应用
目录
译者序
作者序一(第1版)
作者序二(第1版)
作者序三(第1版)
作者序四(第1版)
第2版前言
多媒体扩展序
如何访问多媒体内容
主编简介
篇主编简介
多媒体团队简介
作者列表
缩略词列表
第6篇作业型机器人
内容导读
第54章工业机器人
54.1工业机器人:机器人研究和应用的
主要驱动力
54.2工业机器人简史
54.3工业机器人的运动学构型
54.4典型的工业机器人应用
54.5安全的人-机器人协作
54.6任务描述:教学和编程
54.7系统集成
54.8展望与长期挑战
视频文献
参考文献
第55章空间机器人
55.1轨道机器人系统的历史概况和研究
进展
55.2行星表面机器人系统的历史概况与
研究进展
55.3数学建模
55.4轨道与行星表面机器人系统的未来
研究方向
55.5结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第56章农林机器人
56.1讨论范畴
56.2机遇与挑战
56.3案例研究
56.4结论
视频文献
参考文献
第57章建造机器人
57.1概述
57.2建造机器人的非现场应用
57.3单一任务建造机器人的现场应用
57.4集成机器人化施工现场
57.5目前尚未解决的技术问题
57.6未来方向
57.7结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第58章危险环境作业机器人
58.1危险环境作业:机器人解决方案的
必要性
58.2应用
58.3使能技术
58.4结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第59章采矿机器人
59.1现代采矿实践
59.2露天采矿
59.3地下采矿
59.4挑战、展望与总结
视频文献
参考文献
第60章救灾机器人
60.1概述
60.2灾害特征及其对机器人的影响
60.3实际在灾害中使用的机器人
60.4处理福岛第一核电站事故的
机器人
60.5经验教训、挑战和新方法
60.6评估救灾机器人
60.7结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第61章监控与安保机器人
61.1概述
61.2应用领域
61.3使能技术
61.4活跃的研究领域
61.5结论
视频文献
参考文献
第62章智能车
62.1智能车的研究背景及方法
62.2使能技术
62.3了解道路场景
62.4高级驾驶辅助
62.5驾驶员监控
62.6迈向完全自动化的汽车
62.7未来趋势和发展前景
62.8结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第63章医疗机器人与计算机集成
外科手术
63.1核心概念
63.2技术
63.3医疗系统、研究领域以及实际
应用
63.4总结与展望
视频文献
参考文献
第64章康复与保健机器人
64.1概述
64.2康复治疗与训练机器人
64.3残疾人辅助
64.4智能假肢与矫形器
64.5强化诊断与监控
64.6安全、伦理、权利与经济性考虑
64.7结论与延展阅读
视频文献
参考文献
LⅩⅤⅠⅠLⅩⅤⅠⅠⅠ第65章家用机器人
65.1移动家用机器人
65.2使能技术
65.3智能家居
视频文献
参考文献
第66章竞赛机器人
66.1引言
66.2概述
66.3以人类为灵感的竞赛
66.4任务导向型竞赛
66.5结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第7篇机器人与人
内容导读
第67章仿人机器人
67.1为什么研究仿人机器人
67.2研究历程
67.3要模仿什么
67.4运动能力
67.5全身运动
67.6形态交互
67.7结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第68章人体运动重建
68.1概述
68.2模型与计算
68.3重建理解
68.4机器人的重建
视频文献
参考文献
第69章人-机器人物理交互
69.1分类
69.2人身安全
69.3人性化的机器人设计
69.4物理交互控制
69.5人类环境的运动规划
69.6交互规划
69.7结论
视频文献
参考文献
第70章人-机器人增强
70.1概念与定义
70.2上肢可穿戴系统
70.3下肢可穿戴系统
70.4全身可穿戴系统
70.5人-机器人增强系统的控制
70.6结论与未来发展
视频文献
参考文献
第71章认知型人-机器人交互
71.1人类交互模型
71.2机器人交互模型
71.3人-机器人交互模型
71.4结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第72章社交机器人
72.1概述
72.2社交机器人实体
72.3社交机器人与社交情感
72.4社会认知技能
72.5人类对社交机器人的社会反应
72.6社交机器人与交流技巧
72.7与机器人伙伴的长期交互
72.8与社交机器人的触觉交互
72.9社交机器人与团队合作
72.10结论
72.11延展阅读
视频文献
参考文献
第73章社交辅助机器人
73.1概述
73.2社交辅助机器人的需求
73.3实体机器人相对于虚拟代理的
优势
73.4动机、自主性和陪伴
73.5辅助交互的影响和动力学
73.6特定需求和能力的个性化及
适应性
73.7建立长期参与和行为改变
73.8社交辅助机器人对孤独症谱系
障碍的治疗
73.9社交辅助机器人康复支持
73.10社交辅助机器人和老年关怀
73.11针对阿尔茨海默病和认知康复的
社交辅助机器人
73.12伦理和安全考虑
参考文献
第74章向人类学习
74.1机器人学习
74.2从人类演示中学习的关键问题
74.3演示界面
74.4向人类学习的算法
74.5机器人演示学习的结论和开放性
问题
视频文献
参考文献
第75章仿生机器人
75.1历史背景
75.2研究方法
75.3案例研究
75.4仿生机器人研究的前景与挑战
75.5结论
视频文献
参考文献
第76章进化机器人
76.1方法
76.2第一步
76.3模拟与真实
76.4一个复杂适应系统的行为
76.5进化体
76.7计算神经行为学
76.8进化与学习
76.9社会行为的进化
76.10硬件的进化
76.11结论
视频文献
参考文献
第77章神经机器人学:从视觉到动作
77.1定义与研究历程
77.2视觉方面的案例
77.3脊椎动物的运动控制
77.4镜像系统的作用
77.5结论与延展阅读
参考文献
第78章感知机器人
78.1概述
78.2对象表征的感知机制
78.3行动表征的知觉机制
78.4机器人感知验证
78.5结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第79章教育机器人
79.1教育机器人的角色
79.2教育机器人竞赛
79.3机器人教育平台
79.4教育机器人的控制器与编程环境
79.5帮助学生学习的机器人技术
79.6机器人教育的项目评价
79.7结论与延展阅读
视频文献
参考文献
第80章机器人伦理学:社会与伦理的
内涵
80.1方法概念
80.2机器人学的特殊性
80.3机器人接受度的文化差异
80.4文学中的机器人伦理学
80.5真实机器人的表达
80.6科技伦理
80.7信息通信技术领域的伦理问题
80.8人类的原则和权利
80.9机器人技术中的法律问题
80.10机器人伦理学分类
80.11机器人伦理的实施:从理想到规则
80.12结论与延展阅读
视频文献
参考文献
温馨提示:本套书不可申请样书哦~
撰稿人:于靖军
责任编辑:王铮
审核人:李双雷
END
《 成年人的处世潜规则 》
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