面向人-多机器人协同控制的多模态交互技术研究

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多机器人系统的研究近年来越来越受到科研工作者的关注,相比于结构复杂但是任务执行能力有限的单体机器人,由多个结构功能较为简单的机器人组成的多机器人系统通过成员间的能力互补和行动协同可以完成单个机器人难以完成的任务,并且具有良好的鲁棒性、可扩展性等优点,具有良好的应用前景。尽管近年来的研究使得多机器人系统的自主智能得到了很大提高,但是受制于当前技术水平,当多机器人系统所处环境或执行任务较为复杂时,其仍然无法实现完全的自主智能,因此操作员的介入对于多机器人系统的任务执行是有益且必须的。多机器人系统研究的一个重要方向就是人-多机器人系统交互,然而现有的人-多机器人系统交互研究并不充分,一方面缺乏自然高效的指令输入方式,另一方面也缺乏多机器人运动状态直观的反馈方式。因此为了向用户提供易于操作和易于理解的人-多机器人系统交互接口,本文开展了面向人-多机器人协同控制的多模态交互技术研究。首先介绍了多机器人系统仿真框架,实现了多机器人的编队以及规避控制,同时使用手控器向其发出速度控制指令指挥多机器人编队移动,为验证交互接口的有效性奠定了基础。然后基于该仿真框架开展了以下三点工作:(1)提出了基于混合视线-脑机接口的多机器人系统编队指令输入技术,用户可以通过注视交互界面上的菜单选项向多机器人系统发出编队控制指令,同时提出脑机接口与视线追踪进行指令选择的融合方法以提高指令选择的准确率,该方法使用尚未有效利用的脑机接口与视线追踪作为指令输入通道,有望为用户提供自然直观高效的编队指令输入方式。(2)设计并研制了穿戴式触觉反馈装置,并提出了基于该装置的多机器人系统编队指令执行状态反馈技术,该装置可以向用户提供挤压触觉反馈和振动触觉反馈,分别用来反馈多机器人尺寸变换和队形变换指令的执行状态,该方法有望提高用户对多机器人系统编队指令执行状态的态势感知能力。(3)搭建了基于多模态交互接口的人-多机器人交互实验平台,通过实验验证了所提出的交互接口在人-多机器人交互中的有效性。实验一是将混合视线-脑机接口与手控器联合作为输入模态开展的多机器人控制实验,实验结果表明所提出的基于混合视线-脑机接口的编队指令输入方法自然直观高效,可以降低用户的工作负荷,提高任务执行的效率;实验二是基于穿戴式触觉反馈装置的多机器人编队指令执行状态反馈实验,实验结果表明使用触觉反馈时克服了仅通过视觉观察情况下的反馈信息不足问题,从而增强了用户对多机器人系统的态势感知能力,减小了个体间的操控差异。
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