基於抽象任務函數之集中式與分散式人機互動控制系統

Abstract

本論文提出使用單一操控人員同時與群組機器人進行互動之控制系統架構，遠端群組機器人系統之位置、隊形、分散程度等，可以在本論文提出的系統下即時地調派與控制。本人機互動系統從抽象任務空間進行控制，使用特定的函數來表示群組機器人整體的行為，讓操作人員控制主機器人任務空間位置的同時，直接影響群組機器人整體的行為，使主機器人與受控機器人系統不會受限於機械結構相異性的問題。群組機器人從任務空間的操作而言，屬於一冗餘機器人系統，因此群組機器人系統可以利用冗餘的自由度設計次要任務，讓系統在執行主要任務的過程中，群組機器人可自主地透過多餘的自由度完成次要任務。由於，操作人員與群組機器人之間的訊號需經由網路通訊傳遞，時間延遲等不確定因素會影響到整體閉迴路控制系統之穩定性與性能。為了解決此問題，本研究將先前發展之人機互動系統，從固定時間延遲拓展到通訊端口存在時變時間延遲，並同時討論位置追蹤的性能。此外，主機器人透過群組機器人端回饋的訊號，使操作人員感受到群組機器人工作環境的情況，進一步輔助群組機器人任務的調整。 當群組機器人數量上升時，前述集中式控制架構的中央控制器之通訊負擔與計算量會隨之提升，使得系統的反應時間變長，進而影響系統的表現。為了解決上述問題，本研究發展另一套分散式的人機互動系統。此提出之分散式人機互動系統，將通訊能力較好的機器人指定為可接收操作人員目標訊號的接收者，透過各機器人間全域參數與目標指令的估計器，讓群組移動機器人利用彼此間的通訊網路進行估計資訊的分享，進一步讓各機器人估測到整體的全域參數與操作人員的目標指令。此外，利用分散式群組機器人控制器與估測的數值，可使分散式人機互動系統在通訊端口存在固定時間延遲的情況下，達成與集中式控制架構相同的任務。本研究提出之集中式與分散式的人機互動系統，除了理論分析與數值模擬外，亦設計了一群組機器人人機互動系統實驗平台，並進行相關理論之實驗驗證。透過本研究設計的實驗平台與三種不同的任務情境，實際的驗證各系統在通訊端口存在固定或時變時間延遲的情況下，其真實的表現與效能。

Date of Award	2015 Aug 26
Original language	Chinese
Supervisor	Yen-Chen Liu (Supervisor)