外文翻译-利用机器视觉和手的运动控制来提高起重机操作员的性能.docVIP

利用机器视觉和手的运动控制来提高起重机操作员的性能 摘要 所有起重机固有的载荷摆动人工快速，准确，安全的操作有效载荷具有挑战性。起重机控制接口也增加操作难度。本文介绍了一种新的接口，允许运营商通过移动手持设备（棒或手套）在空间自由驱动起重机。起重机轨道安装摄像头的手提式的运动装置，它的位置是用来驱动起重机。两个控制体系结构进行了研究。第一个使用一个简单的反馈控制器，第二使用反馈和输入整形器。两个算子的研究表明，手部运动起重机控制比使用标准按钮悬而未决的控制快速和安全。指数条款控制接口，起重机，输入整形，机器视觉，振荡。 引言 起重机在维护现代业经济活力发挥关键作用。他们的重要性在造船厂，建筑工地，仓库和材料处理的各种应用。起重机操纵性工业生产，生产成本和工人的安全是一个重要因素。 起重机的固有特性有效载荷摆动或更复杂的振荡动力学像自然的倾向双摆，不利于操作。已作出重大努力开发控制方案以减少从发出的命令和外部干扰的振动响应。也有在控制起重机包含旋转接头的研究，这由于其非线性动力学的一个额外的水平增加了复杂性。运营商而言使用传统的接口，如按钮式起重机吊坠受益于振荡抑制技术。他们产生比没有这样的补偿算子更安全（不与障碍物的碰撞）和更高效的起重机运动（更快的任务完成时间和减少操作按钮）。2010年9月26日收到手稿； 2011年4月7日修订，2011年6月10日，2012年4月6日和2012年2月9日接受。出版日期2012年6月8日当前版本的日期2012年10月12日。这项工作是由西门子工业自动化，乔治亚理工学院制造研究中心和波音研究与技术支持。本文推荐副主编E.J.作者机械工程学院，乔治亚理工学院，亚特兰大，GA 30332美国（电子邮件：kccpeng”；singhose@；pjbhaumik @生活。com）。 本文中的一个或一个以上的数字彩色版本可用在线数字对象标识符10.1109/tsmca.2012.2199301 除了要面对控制大挑战—振幅小阻尼的载荷摆动，运营商还必须掌握反直观的控制界面。图1标准按钮悬挂起重机控制图1显示了典型的pendentcontrol桥式起重机。操作者必须熟练会产生所需的起重机的运动认知过程路径序列按钮。例如，如果操作者通过驱动一个杂乱工作的起重机，然后期望路径必须被映射成一系列的活动，“前进（F）”“向后（B）”“左（L）”和“右（R）”按钮被按在正确的时间和正确的序。此外，运营商通过移动工作区驱动起重机和监测其进展，他们可以转动们的身体并改变他们所面对的方向。在这样的，“前进”按钮使运动，甚至是。作为一个额外的挑战，操作者可以直接驱动电车架空，不是有效载荷。因此，操作者必须考虑可许多米的开销指令运动的小车之间的时间滞后和延迟的振动响应。 虽然已经取得了重大的进展，改善通过控制动态起重机的运行效率响应于发布命令，相对很少考虑已经在运营商发出这些命令的方式。它已被证明，是针对特定的控制系统相关的认知过程的接口产生有益的影响。例如，在腹腔镜手术的医疗机器人领域，如达文西改进传统的程序允许外科医生在一个更符合人体工程学的方式和低认知负荷操作。对照组在相同的方向上移动，作为达文西的最终效应，不同于传统的腹腔镜那里的医生必须反向映射控制由于在插入点到仪器的枢轴点的程序。 本文提出了一种新的控制界面，允许操作员在空间移动手持设备驱动起重机。机器视觉是用来跟踪设备的位置（棒或手套），然后用于生成驱动起重机的指挥信号。手的运动控制接口是专为通过一个杂乱的工作驱动起重机的任务，因为它消除了认知映射过程，与传统的控制接口是必要的。结果，运营商不再需要考虑到他们所面对的方向。安全高效运行也减少了手的灵巧。此外，该控制算法最小化的载荷摆动显著降低系统的响应。因此，手动降低载荷摆动的负担。这使得操作者能专心路径规划和有效载荷的最终定位。 手的运动控制提供了比传统的接口其他认知优势。有认知控制两个主要部门：分析解决问题和感性的过程。知觉的处理往往会更快，可以并行执行，同时分析处理需要较长的时间和进程串。分析问题的解决也往往更容易出现错误。许多研究结果也表明，可能的人们喜欢并采用知觉加工。从这个角度看，手的运动控制可以帮助运营商通过降低所需的认知水平驱动起重机。运营商不再需要分析思考的按钮推动序列或者考虑摆动载荷；他们只需要移动手持设备到所需的位置沿所希望的路径。这允许操作员完成简单的知觉加工。 本文的主要贡献是一种新型的手的运动控制接口。这个接口的好处是由人类操作员研究验证。第二部分介绍了新的界面（手杖和手套）。在第三节这是用于与接口相结合的控制算法进行了讨论。这是由操作员在第四节研究和结对于手动起重机控制接口 本文的研究应用是一个悬挂在汽车的桥式起重机摆点质量的有效载荷。用于实验验证10吨的工业桥式起重机图2所示。 图