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2005 年 IEEE 會議錄 國際機(jī)器人和自動化會議 西班牙巴塞羅那 2005 年 4 月 用于無媒介博物館進(jìn)行互動的高度可靠的機(jī)器人的設(shè)計(jì) Illah Nourbakhsh 艾米莉 托馬斯修 Mark Lotter 和 Skip Shelly 哈姆納 埃里克波特 布賴恩 Gogoco 有限責(zé)任公司 LotterShelly Dunlavey 和 Ellen Ayoob 桑尼維爾 加州 美國 賓夕法尼亞州匹茲堡 機(jī)器人研究所 卡耐基梅隆大學(xué) 賓夕法尼亞州匹茲堡 美國 摘要 在對公眾開放的技術(shù)博物館 安裝機(jī)器人系統(tǒng) 常常會給三個(gè)方面帶來嚴(yán)重問題 首先 機(jī)器人必須是可靠的 既要在日常使用時(shí)少出問題 并允許博物館的工作人員可以 輕松地返回機(jī)器人服務(wù) 第二 不需要工作人員干預(yù) 機(jī)器人能有系統(tǒng)自主權(quán) 全日的運(yùn) 行操作 無需更換電池 第三 用戶端的互動軟件必須是不言自明的 不論是用來從事教 學(xué)還是進(jìn)行有成效得交流展覽的學(xué)習(xí)目標(biāo) 本文我們描述了這樣的一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì) 并且共享了早期成果 這個(gè)系統(tǒng)已成功部署于五個(gè)橫跨美國的博物館 索引詞 可靠性 形態(tài) 人機(jī)器人互動 互動設(shè)計(jì) 1 導(dǎo)言 在過去數(shù)年 制造具有長期使用性 高性能的移動機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)已取得重大進(jìn)展 與 此同時(shí) 移動機(jī)器人與人之間智能互動的可能性大大增加 人機(jī)互動體驗(yàn)和學(xué)術(shù)努力領(lǐng)域 一樣 正經(jīng)歷一個(gè)顯著增長 7 8 通過個(gè)人流動站項(xiàng)目 我們特別專注于互動應(yīng)用 直 觀體現(xiàn)了用于非正式學(xué)習(xí)環(huán)境下的機(jī)器人技術(shù) 5 我們和其他人的研究結(jié)果顯示教育機(jī)器 人可以觸發(fā)顯著的學(xué)習(xí)成果 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出 STEM 科學(xué) 技術(shù) 工程和數(shù)學(xué) 的 并能使 人獲得解決問題和溝通的相關(guān)的終身技能 這就積極有效地推動了這個(gè)議程 1 4 5 9 11 12 13 14 16 17 18 19 個(gè)人羅浮項(xiàng)目的機(jī)器人設(shè)計(jì)工作優(yōu)先引導(dǎo)于 Trikebot 教育機(jī)器人的創(chuàng)造和使用 10 作為 一個(gè)用于密集基礎(chǔ)課程的工具 Trikebot 通過最大限度地發(fā)揮機(jī)械的透明度 達(dá)到了教育 目標(biāo) 采用開槽的結(jié)構(gòu)技術(shù) 由學(xué)生八周以上的集約利用 使完成構(gòu)造和修復(fù)成為了可能 與 Trikebot 機(jī)器人相比 本項(xiàng)目要求機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)成千上萬的機(jī)器人無故障的同時(shí)相互 作用 機(jī)械透明度將是次要的設(shè)計(jì)美學(xué) 主要使用界面的透明度和魯棒性 被稱為個(gè)人探 測車 每 我們的由此產(chǎn)生互動科學(xué)流動站是為了延長使用無中介設(shè)置 由新手用戶 無 需飽受失敗的脆弱性和易感性經(jīng)常出現(xiàn)在設(shè)備的互動機(jī)器人 在每有被設(shè)計(jì)成一個(gè)機(jī)器人 的技術(shù)簡介這使美國航天局的任務(wù) 作為一個(gè)身臨其境 教育工具所面臨的挑戰(zhàn)體驗(yàn)美國 宇航局的科學(xué)家 每個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是 證明火星車是做科學(xué)的工具讓參觀者充當(dāng)任務(wù)科學(xué)家 使用每進(jìn)行一個(gè)科學(xué)的運(yùn)作 讓觀眾欣賞到自治中的作用機(jī)器人系統(tǒng) 特別是行星探索流動站 該裝置目前的每參觀者巖石上的挑戰(zhàn)尋找生命的跡象在一物理 Marscape 模擬或火星的院子 使用精心設(shè)計(jì)的亭式用戶界面溝通與流動站 游客解釋全景圖像和拼字 俯拍圖像識別科 學(xué)的興趣目標(biāo) 然后監(jiān)視為每接近巖石 掃描 找到目標(biāo)的精確位置 糾正和演習(xí)自主一 位親密方法 然后進(jìn)行一個(gè)生命的跡象代用品的考驗(yàn) 跨越物理研究成果顯著機(jī)器人的設(shè)計(jì) 機(jī)器人軟件 建筑與人機(jī)器人互動設(shè)計(jì) 重點(diǎn)扶持 發(fā)展包括權(quán)力的領(lǐng)域管理 地形推理 科學(xué)目標(biāo)的方法 和軟件架構(gòu) 僅在頭兩個(gè)月行動 中 Pers 的影響超過 20 000 自治科學(xué)目標(biāo)的方法 實(shí)現(xiàn)了平均無故障時(shí)間故障性能超過一 個(gè)星期的使用 大超過 30 英里的車旅費(fèi)完成了與閑置時(shí)代在接近 0 的博物館開放時(shí)間探 索館 當(dāng)時(shí)只有九機(jī)器人故障分析這個(gè)時(shí)間跨度 所有這些都是簡單的伺服電機(jī)故障 很 容易被修理更換一個(gè)愛好伺服 到目前為止 每個(gè)機(jī)器人裝置 工作在五國家博物館 包括史密森國家航空航天博物館 NASM 的 和舊金山探索館 我們的研究結(jié)果表明 時(shí)間可靠 在公共場所機(jī)器人約定 在這里 本文介紹了月球車的機(jī)械設(shè)計(jì) 嵌入式電子架構(gòu) 軟件架構(gòu) 人類與機(jī)器人互動 設(shè)計(jì) 圖 1 每個(gè)機(jī)箱 二 機(jī)器人設(shè)計(jì) A 機(jī)械摘要 特征描述 對機(jī)械底盤左右 設(shè)計(jì)由 Gogoco 合作與卡內(nèi)基梅隆大學(xué) 圖 1 的配置模擬 美國宇航局的兩個(gè)火星探測車 MER 的機(jī)器人目前正在探索火星 像市場匯率 每有 6 輪式搖臂轉(zhuǎn)向架懸掛支持直線身體 電子盒 以上是一個(gè)電子盒攝像頭短的桅桿頂上 總體 而言 高度每約 36 厘米 長度為 33 厘米 寬度為 34 厘米 圖 2 大約的重量 充分裝 15 磅 目標(biāo)和建設(shè) 首先最重要的 每一個(gè)移動攝像機(jī)平臺 像市場匯率 每需要能夠穿越地形 而非結(jié)構(gòu)化無論是導(dǎo)航和科學(xué)研究捕捉圖像 不同的是市場匯率 每被設(shè)計(jì)為相對廉價(jià)使 許多 Pers 的可用于多種內(nèi)建展覽同時(shí)以低廉的價(jià)格點(diǎn) 與以前的個(gè)人羅孚項(xiàng)目機(jī)器人 Trikebot 9 為此 每設(shè)計(jì)過程中接受了使用關(guān)機(jī)狀態(tài)下的現(xiàn)成機(jī)電元件時(shí)可行的 例如 股票型鋼筋混凝土愛好伺服系統(tǒng) 電池 齒輪減速機(jī)等 不是每設(shè)計(jì)有類似規(guī)模的市場匯 率的平臺 我們選擇以減少而每大小 受到場外的現(xiàn)成傳感器 電機(jī)和微處理器的限制 使相對較小博物館火星碼將仍然取得豐碩相互作用 而每最終規(guī)模為最終取決于所需的電 子盒大小房子的電子線路板 即微處理器板 電機(jī)控制器 電源板 和電池 對定制部分或大部分激光切割塑料 聚甲醛 或形成金屬板材 最小化機(jī)加工零件的數(shù)量 減少 而部分費(fèi)用鋁板陽極氧化的金屬結(jié)構(gòu) 有助于貸款每一個(gè)空間硬件的美感 懸架和傳動系統(tǒng) 每卷的六個(gè)車輪采用搖臂轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)類似于由使用的市場匯率 行 有三個(gè)輪子兩邊 四個(gè)角落的車輪是用直流供電齒輪減速機(jī) 并帶領(lǐng)自主標(biāo)準(zhǔn) RC 通過總 范圍約 180 舵機(jī)愛好度 橡膠輪胎的股票 6 8 厘米直徑的鋼筋混凝土安裝在汽車輪胎 允 許自定義樞紐的馬達(dá)部分被安裝在裝有方向盤按照軸的車輪 圖 4 中心 這兩個(gè)中心輪 全方位 自由旋轉(zhuǎn) 瑞典 90 輪 總的軸距 距離之間的前后輪 中心為 25 厘米 和輪寬 度 之間的中心距左 右車輪踏面 為 26 厘米 圖 2 該搖臂轉(zhuǎn)向架型懸掛均采用旅居車和最近的市場匯率 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的 它允許所 有六個(gè)輪子保持同一個(gè)充分接觸表面凹凸不平未經(jīng)使用彈簧或供電執(zhí)行器 圖 3 出位移 它還平均值所有六個(gè)輪子 最大限度地減小了 Rover 的產(chǎn)生傾斜作為主體的談判暫停顛簸 和石塊 這種穩(wěn)定是主機(jī)箱尤為重要市場匯率和 Pers 的 因?yàn)樗a(chǎn)生了一個(gè)更穩(wěn)定的相機(jī) 平臺 為了盡量減少功率和控制要求 只有每角車輪的驅(qū)動 而不像市場匯率有六輪驅(qū)動和督導(dǎo) 這是有害的在每的最終能力穿越艱難的地形 但充分的人造火星地形 有助于院子降低成 本和控制復(fù)雜度 擁有四個(gè)獨(dú)立可控的角落 drivewheels 隨著全方位的車輪使每中心偉大的定向自由 它可以 把到位 翻譯側(cè)身 或驅(qū)動器在一個(gè)角方向無關(guān) 雖然在技術(shù)上并不完整 因?yàn)閷γ織l腿 總是馬達(dá)轉(zhuǎn)動速度的同時(shí) 這幾何使雙方全方位 阿克曼 風(fēng)格的議案 圖 2 每正面和側(cè)面尺寸以厘米為單位 圖 3 該搖臂轉(zhuǎn)向架懸掛有助于穩(wěn)定結(jié)果 并保留所有 作為六個(gè)輪子 每個(gè)地穿越崎嶇 圖 4 一 自定義輪轂使轉(zhuǎn)向軸符合車輪的中心 二 搖臂轉(zhuǎn)向架懸 掛和全輪 三 在每的蓋子波動為方便在電池組開放 四 云臺 使每 頭的重點(diǎn)方向 明確觀察員 紫外線光在羅孚前面是用來分析巖石的目標(biāo) 更 多圖片可在 http www cs cmu edu personalrover 元 gallery html 電子盒 懸架系統(tǒng)進(jìn)行了電子框 電池和電子產(chǎn)品上 這個(gè)箱子的蓋子是鉸鏈 以方便進(jìn) 入電池 圖 4 電源開關(guān)和一個(gè)紫外熒光燈也安裝到外部的此框 這個(gè)盒子是全封閉保護(hù) 電子從灰塵和損傷 對于實(shí)力雄厚 底部和兩側(cè)是金屬而結(jié)束 頂蓋使無線電透明度 使 塑料的 WiFi 在電子板連接操作 蓋子的形狀成為了 翼 上的太陽能電池板想起市場匯 率 攝像機(jī)和照相機(jī)的桅桿 紅外照相機(jī)和光學(xué)測距器是安裝在車的云臺 泛從中心軸可以旋 轉(zhuǎn) 180 使 360 要作出全景相機(jī) 傾斜軸機(jī)械范圍為 90 45 的水平度 該鏡頭 軸線相交的軸線 以幫助簡化泛對意象的解釋 平移不還的原因翻譯的觀點(diǎn) 根據(jù)先前的結(jié) 果診斷方面的透明度 非常小心被帶到設(shè)計(jì) 因此 它顯示了每的云臺頭明確方向 注意 圖 4 該議案因?yàn)樗念^盤和傾斜 以搜尋和科學(xué)的障礙有利于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的參觀者了解 關(guān)于注意支付給每級周圍的環(huán)境 二電子 處理器 圖 5 顯示了每的電路圖電子系統(tǒng) 對于低級別的電機(jī)控制和我們用一個(gè)傳感器 讀數(shù)小腦控制板 這 PIC 微處理器為基礎(chǔ)的電路板的設(shè)計(jì)是由機(jī)器人研究所 卡耐基梅隆 大學(xué) 和 Botrics 有限責(zé)任公司 它可以指揮兩個(gè)直流電動機(jī)雙和 8 的 R C 風(fēng)格的舵機(jī) 它也可以讀入 8 個(gè)模擬輸入和額外的數(shù)字輸入 在每的主要處理器 斯泰頓板 是一個(gè)由英特爾公司嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)器人申請 這 單板計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的 Linux 經(jīng)營上的 400 MHz 的 ARM 處理器的系統(tǒng) 上板存儲器包含 32 MB 的 Flash ROM 和 64 MB 的內(nèi)存 同車的相機(jī) 這板通信通過 USB RS232 串行多小腦 運(yùn)行 115200 波特 并通過與無線以太網(wǎng) 802 11 任務(wù)控制接口在 PC 上運(yùn)行 圖 5 每電子示意圖 電力 該探測器由 4 7 2 伏鎳金屬氫化物電池串聯(lián)在一起 他們的總?cè)萘繛?3 安培伏特 28 8 小時(shí) Botrics 有限責(zé)任公司專門設(shè)計(jì)為每電源板 這板分布從 28 8 伏電池組上的所有 權(quán)力 車載電子設(shè)備 它的總輸出功率 4 日是 5 伏 對處理器 5 伏 對舵機(jī) 放大器 和 16 伏 至馬達(dá) 完全充電包權(quán)力探測器在典型的 10 博物館使用時(shí)間 全天的電池壽命 和整體流動站耐力代表每一個(gè)關(guān)鍵的性能指標(biāo)由于對項(xiàng)目工作人員的時(shí)間放在高流量需求 科學(xué)中心和博物館 有根本沒有時(shí)間去更換電池或充電電池等中午設(shè)施 該解決方案要求 低功耗使用處理器 包括 PIC 單片機(jī)和 ARM 基于主處理器在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 PC 平臺代替 一單一的高電壓電池公共汽車 通過高效率的喂養(yǎng)開關(guān)電源 設(shè)計(jì)與現(xiàn)有能力為每個(gè)所需 的電壓源 提供下半年的答案 通過消除耗電 價(jià)格便宜每個(gè)處理器板監(jiān)管機(jī)構(gòu) 我們顯 著誘導(dǎo)簡單地避免了儲蓄過剩的轉(zhuǎn)換上板的能量來加熱 輸出 四車驅(qū)動電機(jī)有 332 1 齒輪比 使他們在靠近旋轉(zhuǎn)恒定速度不論他們是根據(jù)負(fù)荷 月球車每個(gè)驅(qū)動器 16 伏汽車給予每 4 最高速度厘米 秒 由于小腦只能車道兩個(gè)獨(dú)立的馬 達(dá) 馬達(dá)在左側(cè)使用一通道上 右側(cè)發(fā)動機(jī)使用其他 在每的轉(zhuǎn)向和頭部角度都是驅(qū)動愛好舵機(jī) 伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向低姿態(tài) 高與銅軸扭矩伺服系 統(tǒng) 泛伺服設(shè)計(jì)為在 R C 作為絞車帆船使用 并有能力超過 360 度的轉(zhuǎn)彎 紫外線燈泡 和驅(qū)動裝置使每一個(gè)測試模擬生命的跡象 用熒光涂裝目標(biāo)巖這不是普通光下可見的藍(lán)色 光芒下紫外線光 以示生命的模擬跡象 傳感器 流動站有一個(gè) USB 攝像頭和紅外測距儀安裝在云臺頭 該攝像頭 臨創(chuàng)意攝像頭 同時(shí)用于全景成像和近距離目標(biāo)成像 它有一個(gè)最大幀速率 15 幀 秒 最大分辨率為 640 x480 紅外線三角型測距儀是用來尋找距離 夏普模型 2Y0A02 測距儀讀數(shù)準(zhǔn)確返回點(diǎn) 的距離 20 厘米和 150 厘米 流動站使用此掃描測距儀在其路徑中的障礙物遍歷并確定確切 的距離和軸承目標(biāo)巖石 之間的電源板和連接小腦允許漫游者監(jiān)視電池電壓 三軟件架構(gòu) 小腦 小腦上的軟件設(shè)計(jì)得盡可能簡單 隨后 原則上只接受單一指揮類型規(guī)定了六個(gè)位 置伺服 電機(jī)速度 以及紫外線燈泡狀態(tài) 它總是返回同一類型的響應(yīng)狀態(tài)字節(jié)包含一個(gè) 沿與紅外線距離和電池電壓 小腦極限的速度移動的伺服電機(jī)把小的壓力 為了確保安全 操作的機(jī)器人 如果沒有已收到有效的命令 在過去 120ms 的 在伺服電機(jī)和驅(qū)動器被關(guān) 閉 斯泰頓 在斯泰頓不僅使決策太時(shí)間重要的是要通過無線鏈路傳送 當(dāng)機(jī)器人是指揮一個(gè) 把指定數(shù)目度或驅(qū)動器有一定距離 斯泰頓作出決定至于何時(shí)停止機(jī)器人 而駕駛 斯泰 頓移動掃描頭采用紅外障礙測距儀和作出決定停止 如果一個(gè)障礙被檢測到 雖然石頭掃描 掃流動站測距儀通過 270 度范圍內(nèi)產(chǎn)生 91 讀數(shù) 為了迅速完成掃描 頭部 能不能停下來記錄每個(gè)距離 更為復(fù)雜的行動是事實(shí)伺服系統(tǒng)不提供任何位置反饋 每 50 毫秒 泛伺服是指揮一個(gè)新的位置 閱讀范圍被送回 通過實(shí)驗(yàn) 它在掃描時(shí)被確定 伺 服的實(shí)際位置滯后約 100ms 的指令位置 在此應(yīng)用程序 時(shí)間是至關(guān)重要的確保掃描讀數(shù) 盡可能準(zhǔn)確 因此 掃描動作的控制機(jī)上斯泰頓 其他的斯泰頓的主要功能是創(chuàng)造一個(gè)抽象到用戶控制的機(jī)器人 該驅(qū)動器馬達(dá)都在不同的 速度稍有轉(zhuǎn)機(jī) 伺服電機(jī)都有不同的中心位置及不同范圍的動作 例如 改變脈沖寬度從 1 毫秒到 2ms 可能導(dǎo)致一個(gè)伺服移動 90 度又到移動 95 度 出于這個(gè)原因 每一個(gè)機(jī)器人 有一個(gè)校準(zhǔn)文件時(shí)加載斯泰頓程序開始運(yùn)行 它告訴斯泰頓如何轉(zhuǎn)換一到伺服的立場 即 小腦角理解并存儲了電機(jī)的特點(diǎn) 使該探測器可以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)向和驅(qū)動 盡管固有的電機(jī)速 度 可以改變高達(dá) 25 在斯泰頓保留了所有六個(gè)伺服跟蹤的立場電機(jī) 這使得它只是等待適量伺服電機(jī)的時(shí)間去 角的指揮 此功能簡化了拍攝照片 以便用戶可以簡單地命令圖片在特定潘采取和傾斜 在斯泰頓移動頭的位置和需要圖片時(shí)頭部到位 請求圖片可以排隊(duì) 這樣一個(gè)圖片之后采 取頭移動到下一位置前圖像圖片壓縮并發(fā)送 這些特點(diǎn)是用于創(chuàng)建全景圖像不模糊在盡可 能少的時(shí)間 英特爾公司已經(jīng)授權(quán)斯泰頓技術(shù)弩科技公司所產(chǎn)生的星際之門板取代在隨后的斯泰頓沒有 建立 每明顯的差異 電腦 一個(gè) Java 應(yīng)用程序在 PC 上運(yùn)行 使所有決定與高級別代表團(tuán)執(zhí)行 所有導(dǎo)航規(guī)劃 發(fā)生在這個(gè)層面上 以及用戶任務(wù)接口 四維持 每個(gè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要易于維護(hù) 該部分最有可能失敗 伺服系統(tǒng)和電機(jī) 可場外的現(xiàn)成 可在不拆卸更換整個(gè)流動站 為了協(xié)助博物館工作人員在此維護(hù) 我們創(chuàng)建了一個(gè)手冊 艾滋病的工作人員在診斷和每修復(fù) 該手冊涵蓋簡單的診斷問題 更換破碎部分 通過更 換零件校準(zhǔn)助手方案 手冊的副本可于 www cs cmu edu personalrover 元 downloads html 良好的文檔是最有效的耦合透明與診斷上對部分行為機(jī)器人 讓博物館的工作人員 可隨 著時(shí)間的推移有權(quán)通過觀察和互動 準(zhǔn)確地找出存在和來源失敗的機(jī)器人硬件或軟件 為 此一系列交互式診斷的獨(dú)立設(shè)計(jì)到每固件 使博物館的工作人員來測試每個(gè)自由度和校準(zhǔn) 點(diǎn) 而不需要一臺計(jì)算機(jī)連接到左右 簡單地用手勢溝通與流動站的測距儀和照相機(jī) 一 這種診斷的第二個(gè)例子涉及透明度低電量警告 在低電壓的情況下 每命令頭的傾斜角度 以便它期待直線上升 當(dāng)這種行為熟悉 博物館的工作人員發(fā)現(xiàn)他們可以自信地驗(yàn)證一切 都與電池充電只需一眼井機(jī)器人 以確保它不是 仰視 的獨(dú)特從機(jī)器人的姿態(tài)和毫不含 糊的人類 三 交互設(shè)計(jì) 該機(jī)器人系統(tǒng)的最后一個(gè)組成部分中間人博物館的使用是一個(gè)用戶界面 允許用戶新手方 便地控制機(jī)器人 并幫助指導(dǎo)他們通過所需的互動 為了設(shè)計(jì)這樣的界面 我們匯集了設(shè) 計(jì)師 機(jī)器人專家團(tuán)隊(duì) 程序員 該小組接著一個(gè)迭代設(shè)計(jì)過程 并用幾種方法來理解的 范圍 目標(biāo)和項(xiàng)目的技術(shù)要求 最初的評估現(xiàn)有的接口和結(jié)果初步揭示了一些非正式的用 戶測試領(lǐng)域改善 具體來說 三個(gè)指導(dǎo)性的目標(biāo)交互作用集 確保通過使用戶方便地旅客吞吐量完成在不到三分鐘的使命 溝通的想法 機(jī)器人工具科學(xué)和探索 演示月球車的半自治 而用戶給流動站的高階命令 月球車執(zhí)行任務(wù)期間作出明智的決策 使用情景設(shè)計(jì)中必不可少的工具創(chuàng)建過程 并根據(jù)用戶的非正式測試說明了良好的和一個(gè) 從用戶的角度來看車展覽不愉快的經(jīng)歷 通過快速樣機(jī)的設(shè)計(jì)和連續(xù)循環(huán)非正式用戶測試 該小組能夠迅速消除問題的概念 并得出以下抽樣方案 界面語言 未來的觀眾代表了廣泛的科學(xué)和技術(shù)專才 使最小的正式的科學(xué)和技術(shù)術(shù)語被 使用 相反 一個(gè)簡單的 游戲般的音調(diào)支持的相互作用 互動線索 默認(rèn)的屏幕顯示 或 吸引循環(huán) 提供了一個(gè)可視化概述亭使命 預(yù)示可能采 取的步驟的用戶 該亭本身有一個(gè)簡單的跟蹤球和一個(gè)按鈕的設(shè)置 類似于街機(jī)游戲 訪 問團(tuán)時(shí)開始用戶按下按鈕 一個(gè)非線性相互作用下的任務(wù)展開的分步給用戶 物理方向 為了幫助用戶之間的東方火星院子和信息顯示在屏幕上 一火星太陽畫在墻上 的火星碼遠(yuǎn)并可見無論從亭及在全景在屏幕上查看 圖 6 此外 目標(biāo)巖職位 巖石形態(tài) 和形狀的院子提供反饋和幫助用戶解釋字形提供地圖圖像 動畫是用來幫助澄清不熟悉 360 度環(huán)繞式的優(yōu)勢全景圖像 實(shí)時(shí)反饋 一個(gè) 任務(wù)生成器 畫面顯示 圖 7 跟蹤用戶實(shí)時(shí)的進(jìn)展 直到他們準(zhǔn)備提 交給流動站使命 隨著火星車執(zhí)行任務(wù) 一 rover s 眼視攝像機(jī)讓游客體驗(yàn)從任務(wù)火星車的 看法 在 漫游者任務(wù) 子窗口在右下角在執(zhí)行過程中仍然可見 提供有關(guān)數(shù)據(jù)流動站業(yè) 務(wù) 旅行的距離和角度轉(zhuǎn)向 可視化界面 一致的調(diào)色板是用來統(tǒng)一畫面 在靜態(tài)和動畫元素屏幕的目的是為用戶提供 聯(lián)絡(luò)點(diǎn)根據(jù)不同的需要采取的行動 一貫 明確排版提供視覺層次 提高可讀性 2 圖 6 能夠看到院子里 屏幕上同時(shí)艾滋病亭 在面向用戶展示自己 圖 7 使命生成器 的屏幕顯示 平面設(shè)計(jì) LotterShelly 四 羅孚性能 該探測器已被證明是可靠的 而且 正如看出這個(gè)博物館的工作人員的意見 往往比可靠博物館曾預(yù)計(jì) 不像我們這些展品大部分 人 獲取抨擊不斷 開放關(guān)閉 沒有休息 我認(rèn) 為 他們拿著出奇地好 比我認(rèn)為他們會 最多的失敗是由于被破壞或伺服電機(jī) 很容易被博物館的工作人員提供服 務(wù) 當(dāng)展品打開后 我們發(fā)現(xiàn)第一個(gè)機(jī)器人的失敗是在傾斜伺服系統(tǒng) 驅(qū)動電 機(jī)和轉(zhuǎn)向舵機(jī) 對于這一切我們所做的修改部分的機(jī)器人 為了減輕驅(qū)動電機(jī) 故障 我們減少了電機(jī)占空比為 100 至 80 1 月 12 日 督導(dǎo)伺服速度也 減少了 并開始 1 月 27 日我們修改了電源板 而不是發(fā)送到舵機(jī) 6V 的 5V 電 壓 該原來傾斜了塑料齒輪舵機(jī) 初揚(yáng) 27 日 我們換成了一個(gè)金屬齒輪的伺 服這些舵機(jī) 這些修改之后 車的可靠性顯著改善 圖 8 圖 8 破碎探測器組件的數(shù)量前后流動站修改 實(shí)施 雖然機(jī)器人已運(yùn)行約 8 倍比修改后的汽車前 電機(jī)故障總數(shù)僅修改后略高 于前失敗的次數(shù)修改 該機(jī)器人已運(yùn)作大約兩倍長后轉(zhuǎn)向伺服和傾斜伺服修改 之前的修改 傾 斜伺服失敗的次數(shù)已經(jīng)有所減少 轉(zhuǎn)向數(shù)量的失敗伺服系統(tǒng)增加了一倍 正如 所預(yù)期的 然而 1316 修改后的伺服指出 失敗了坐落在一個(gè)單一的網(wǎng)站 國 家科學(xué)中心 我們認(rèn)為 高比例伺服故障在該位置的部分原因是對國家的粗糙 表面科學(xué)中心碼 6 月 1 日開始 一個(gè)新的和更強(qiáng)大的轉(zhuǎn)向伺服將被替換的舊 督導(dǎo)舵機(jī)突破 其他車組件已經(jīng)被證明是相當(dāng)可靠 在大約五個(gè)月之間的 12 月 29 日 和 6 月 1 日 一個(gè)鍋伺服被打破因事故 四紅外照相機(jī)和三線電線被打破了 但容 易修復(fù) 一個(gè)攝像頭打破了 一個(gè)機(jī)器人通訊發(fā)達(dá)的問題 機(jī)器人跑了 8 天之前平均無故障修改和一個(gè) 19 天的平均無故障在修改之 后 縱觀總營運(yùn)時(shí)間 12 月 29 日之間 和 6 月 1 日 機(jī)器人運(yùn)行在平均 15 天前 的失敗 五 附錄可應(yīng)用性 學(xué)習(xí)研究與發(fā)展中心 LRDC 和對知識創(chuàng)新研究所 伊犁 進(jìn)行正規(guī)教 育評價(jià)每展覽 該分析表明 該展覽是在其目標(biāo)的成功幫助旅客在科學(xué)探索機(jī) 器人的使用和機(jī)器人的自主性的作用 這種詳細(xì)的分析結(jié)果可以被發(fā)現(xiàn) 15 有關(guān)展覽運(yùn)用定量統(tǒng)計(jì)自動收集裝置展覽軟件 該機(jī)器人訪客互動總數(shù)集 內(nèi)超過 50 000 首九個(gè)月經(jīng)營和持續(xù)增長 值得注意的是 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示 在任 務(wù)時(shí)間非常接近設(shè)計(jì)目標(biāo)為 3 分鐘 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 1 4 分鐘訂婚時(shí)通常出現(xiàn)在互 動科學(xué)展品 3 更重要的是用戶的幾乎所有展品 98 能夠成功地設(shè)計(jì)和發(fā) 送任務(wù)到流動站 15 連同這些統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明 關(guān)于工作時(shí)間的分布并非如通 常的情況是在博物館的展品 而是單峰和指數(shù)狹窄 誰是由每個(gè)用戶仍然從事 展覽從事通過完成任務(wù) 然后幫忙 釋放控制到隊(duì)列中下一個(gè)博物館參觀者 關(guān)于進(jìn)行任務(wù)的一半 52 7 結(jié)束成功與月球車定位一塊石頭 在 43 9 的的任務(wù) 月球車并沒有找到目標(biāo)的巖石 該因未能找到目標(biāo)的主要原 因是車到了髖關(guān)節(jié)墻壁或火星車的道路被封鎖由一塊石頭 流動站認(rèn)為石頭成 為障礙而不是目標(biāo)時(shí) 仍有 150 多名厘米離開的使命 在這種情況下 用戶給 予選擇重試 只有 1 9 的任務(wù)在超時(shí)這一階段 顯示用戶的高度參與 甚至 他們的任務(wù)時(shí)未能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的巖石 該任務(wù)結(jié)束由于機(jī)器人錯(cuò)誤 如失敗溝通 只有 3 4 的任務(wù) 總之 很明顯無論從時(shí)間上任務(wù)的值 超時(shí)稀有性和任務(wù)的成功率 游客 的能有效地使每展出的使用 即使在在探索館和中間人案件美國航天局 埃姆斯 設(shè)施 六 結(jié)論 個(gè)人探測車曾作為教育機(jī)器人示范應(yīng)用獎(jiǎng)勵(lì)非正規(guī)學(xué)習(xí)空間 該工程演示 該機(jī)器人技術(shù)已在引人注目的價(jià)值博物館的設(shè)置 具體的教育效果可實(shí)現(xiàn)這樣 的設(shè)置和測量 超過 40 每的迄今已制作 平均時(shí)間故障間隔超過全日制二周 用法非機(jī)器人專家 博物館的工作人員和導(dǎo)賞員已被證明將移動機(jī)器人技術(shù)能 力嘗鮮當(dāng)頒發(fā)過的成品換證手續(xù)這是有據(jù)可查的 圖表統(tǒng)計(jì)顯示 幾乎所有的 用戶成功地完成了整個(gè)科研流動站的使命 教育評價(jià)的建議該展覽有效地充當(dāng) 家庭平臺關(guān)于機(jī)器人的市場匯率的使命和討論 并孩子們遠(yuǎn)離可衡量的展覽在 這些領(lǐng)域的知識 隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步 這種跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的工程師 交互設(shè)計(jì)師和教育 專家會不斷發(fā)明和執(zhí)行能力更引人注目的展品 為正式課程和非正式學(xué)習(xí)的場 所 我們希望這個(gè)項(xiàng)目可以作為未來的團(tuán)隊(duì)不僅動機(jī)研究 夢想和發(fā)明 而且 還設(shè)計(jì) 硬化 制造和安裝 使數(shù)千名能夠受益于這些教育科技企業(yè) 鳴謝 我們要感謝所有的博物館是在幫誰使每給公眾 我們還要感謝以下為他 們的貢獻(xiàn)和支持的人 與 Debra 伯恩斯坦 吉姆巴特勒 丹克蘭西 凱文克勞 利 Maylene 杜埃尼亞斯 埃德資源增值計(jì)劃 雷切爾 Gockley 讓哈普利 馬 蒂盧威 Anuja Parikh 克里斯汀拔 和彼得章 參考文獻(xiàn) 1 Beer R Chiel H Drushel R Using autonomous robots to teach science and engineering Communications of the ACM June 1999 2 Carter R Digital Color and Type Rotovision SA Hove East Sussex UK 2002 3 Crowley K Callanan M Tenenbaum H Allen E 2001 Parents explain more often to boys than to girls during shared scientific thinking Psychological 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