外文翻译--用于无媒介博物馆进行互动的高度可靠的机器人的设计 中文版.doc

2005年IEEE会议录国际机器人和自动化会议西班牙巴塞罗那，2005年4月用于无媒介博物馆进行互动的高度可靠的机器人的设计IllahNourbakhsh，艾米莉托马斯修MarkLotter和SkipShelly哈姆纳，埃里克波特，布赖恩Gogoco有限责任公司LotterShellyDunlavey和EllenAyoob桑尼维尔，加州，美国宾夕法尼亚州匹兹堡机器人研究所卡耐基梅隆大学宾夕法尼亚州匹兹堡，美国摘要-在对公众开放的技术博物馆，安装机器人系统，常常会给三个方面带来严重问题。首先，机器人必须是可靠的，既要在日常使用时少出问题，并允许博物馆的工作人员可以轻松地返回机器人服务。第二，不需要工作人员干预，机器人能有系统自主权，全日的运行操作，无需更换电池。第三，用户端的互动软件必须是不言自明的，不论是用来从事教学还是进行有成效得交流展览的学习目标。本文我们描述了这样的一个机器人系统设计，并且共享了早期成果，这个系统已成功部署于五个横跨美国的博物馆。索引词-可靠性，形态，人机器人互动，互动设计1导言在过去数年，制造具有长期使用性，高性能的移动机器人的关键技术已取得重大进展。与此同时，移动机器人与人之间智能互动的可能性大大增加，人机互动体验和学术努力领域一样，正经历一个显著增长7，8。通过个人流动站项目，我们特别专注于互动应用，直观体现了用于非正式学习环境下的机器人技术5。我们和其他人的研究结果显示教育机器人可以触发显著的学习成果，是远远超出STEM（科学，技术，工程和数学）的，并能使人获得解决问题和沟通的相关的终身技能，这就积极有效地推动了这个议程1，459，11，12，13，14，16，17，18，19。个人罗浮项目的机器人设计工作优先引导于Trikebot教育机器人的创造和使用10。作为一个用于密集基础课程的工具，Trikebot通过最大限度地发挥机械的透明度，达到了教育目标，采用开槽的结构技术，由学生八周以上的集约利用，使完成构造和修复成为了可能。与Trikebot机器人相比，本项目要求机器人能够实现成千上万的机器人无故障的同时相互作用。机械透明度将是次要的设计美学，主要使用界面的透明度和鲁棒性。被称为个人探测车（每），我们的由此产生互动科学流动站是为了延长使用无中介设置，由新手用户，无需饱受失败的脆弱性和易感性经常出现在设备的互动机器人。在每有被设计成一个机器人的技术简介这使美国航天局的任务，作为一个身临其境，教育工具所面临的挑战体验美国宇航局的科学家。每个项目的目标是：证明火星车是做科学的工具让参观者充当任务科学家，使用每进行一个科学的运作。让观众欣赏到自治中的作用机器人系统，特别是行星探索流动站。该装置目前的每参观者岩石上的挑战寻找生命的迹象在一物理Marscape模拟或火星的院子。使用精心设计的亭式用户界面沟通与流动站，游客解释全景图像和拼字，俯拍图像识别科学的兴趣目标，然后监视为每接近岩石，扫描，找到目标的精确位置，纠正和演习自主一位亲密方法，然后进行一个生命的迹象代用品的考验。跨越物理研究成果显着机器人的设计，机器人软件，建筑与人机器人互动设计。重点扶持发展包括权力的领域管理，地形推理，科学目标的方法，和软件架构。仅在头两个月行动中，Pers的影响超过20,000自治科学目标的方法，实现了平均无故障时间故障性能超过一个星期的使用。大超过30英里的车旅费完成了与闲置时代在接近0的博物馆开放时间探索馆。当时只有九机器人故障分析这个时间跨度，所有这些都是简单的伺服电机故障，很容易被修理更换一个爱好伺服。到目前为止，每个机器人装置，工作在五国家博物馆，包括史密森国家航空航天博物馆（NASM的）和旧金山探索馆。我们的研究结果表明，时间可靠，在公共场所机器人约定在这里。本文介绍了月球车的机械设计，嵌入式电子架构，软件架构，人类与机器人互动设计。图。1。每个机箱。二。机器人设计A.机械摘要特征描述。对机械底盘左右，设计由Gogoco合作与卡内基梅隆大学，（图1）的配置模拟美国宇航局的两个火星探测车（MER）的机器人目前正在探索火星。像市场汇率，每有6轮式摇臂转向架悬挂支持直线身体/电子盒。以上是一个电子盒摄像头短的桅杆顶上。总体而言，高度每约36厘米，长度为33厘米，宽度为34厘米（图2）。大约的重量，充分装，15磅。目标和建设。首先最重要的，每一个移动摄像机平台。像市场汇率，每需要能够穿越地形而非结构化无论是导航和科学研究捕捉图像。不同的是市场汇率，每被设计为相对廉价使许多Pers的可用于多种内建展览同时以低廉的价格点，与以前的个人罗孚项目机器人，Trikebot9。为此，每设计过程中接受了使用关机状态下的现成机电元件时可行的（例如股票型钢筋混凝土爱好伺服系统，电池，齿轮减速机等）。不是每设计有类似规模的市场汇率的平台，我们选择以减少而每大小，受到场外的现成传感器，电机和微处理器的限制，使相对较小博物馆火星码将仍然取得丰硕相互作用。而每最终规模为最终取决于所需的电子盒大小房子的电子线路板（即微处理器板，电机控制器，电源板）和电池。对定制部分或大部分激光切割塑料（聚甲醛）或形成金属板材。最小化机加工零件的数量减少，而部分费用铝板阳极氧化的金属结构，有助于贷款每一个空间硬件的美感。悬架和传动系统。每卷的六个车轮采用摇臂转向架悬挂系统类似于由使用的市场汇率。行有三个轮子两边。四个角落的车轮是用直流供电齿轮减速机，并带领自主标准RC通过总范围约180舵机爱好度。橡胶轮胎的股票，6.8厘米直径的钢筋混凝土安装在汽车轮胎，允许自定义枢纽的马达部分被安装在装有方向盘按照轴的车轮（图4）中心。这两个中心轮全方位，自由旋转，瑞典90轮。总的轴距（距离之间的前后轮）中心为25厘米，和轮宽度（之间的中心距左，右车轮踏面）为26厘米（图2）。该摇臂转向架型悬挂均采用旅居车和最近的市场汇率。喷气推进实验室开发的，它允许所有六个轮子保持同一个充分接触表面凹凸不平未经使用弹簧或供电执行器（图3）。出位移它还平均值所有六个轮子，最大限度地减小了Rover的产生倾斜作为主体的谈判暂停颠簸和石块。这种稳定是主机箱尤为重要市场汇率和Pers的，因为它产生了一个更稳定的相机平台为了尽量减少功率和控制要求，只有每角车轮的驱动，而不像市场汇率有六轮驱动和督导。这是有害的在每的最终能力穿越艰难的地形，但充分的人造火星地形，有助于院子降低成本和控制复杂度拥有四个独立可控的角落drivewheels随着全方位的车轮使每中心伟大的定向自由。它可以把到位，翻译侧身，或驱动器在一个角方向无关。虽然在技术上并不完整，因为对每条腿总是马达转动速度的同时，这几何使双方全方位，阿克曼，风格的议案。图。2。每正面和侧面尺寸以厘米为单位。图。3。该摇臂转向架悬挂有助于稳定结果，并保留所有作为六个轮子，每个地穿越崎岖。图。4。（一）自定义轮毂使转向轴符合车轮的中心。（二）摇臂转向架悬挂和全轮。（三）在每的盖子波动为方便在电池组开放。（四）云台，使每头的重点方向，明确观察员。紫外线光在罗孚前面是用来分析岩石的目标。更多图片可在/personalrover/元/gallery.html。电子盒。悬架系统进行了电子框，电池和电子产品上。这个箱子的盖子是铰链，以方便进入电池（图4）。电源开关和一个紫外荧光灯也安装到外部的此框。这个盒子是全封闭保护电子从灰尘和损伤。对于实力雄厚，底部和两侧是金属而结束，顶盖使无线电透明度，使塑料的WiFi在电子板连接操作。盖子的形状成为了“翼”上的太阳能电池板想起市场汇率。摄像机和照相机的桅杆。红外照相机和光学测距器是安装在车的云台。泛从中心轴可以旋转180，使