普渡大学教授RichardVoyles谈精准交互无人机技术|WRC2018：博鱼(boyu·中国)官方网站

2024-09-24 10:25:01　　点击量：910

本文摘要：录：Richard Voyles, 美国普渡大学（Purdue University）机器人学院创建人及领头人，普渡大学特聘卓越学者，工程技术学院、计算机信息技术学院名誉教授。

录：Richard Voyles, 美国普渡大学（Purdue University）机器人学院创建人及领头人，普渡大学特聘卓越学者，工程技术学院、计算机信息技术学院名誉教授。曾供职于奥巴马政府白宫科学技术发展政策制订办公室，和弗吉尼亚阿灵顿美国国家科学基金会，现供职于美国国家大自然基金委员会，兼任机器人和物联网项目审核负责人。承建国家机器人计划、美国联邦航天局准则、智能城市、创意和劳动力研发以及知识产权等领域。

以下为Richard Voyles在2018世界机器人大会上主题为《精准无人机在机器人和物联网领域的应用于》的演说内容，做到了不转变本意的编辑整理：如何解读精准交互无人机？从掌控角度来讲，也就是空中的精准掌控，其中还包括高度掌控、力量掌控和无线传感网络。IoT“前生”：无线传感网络无线传感网络是无线通信方式构成的一个多跳跃自的组织网络。

机器人在其中充分发挥的不是一个网络系统的起到，而是一个桥梁的起到，它的传感器相连了网络世界和物理世界。从仿真世界到数字世界，机器人可以构成一个闭环。我在实验室所做到的很多工作和传统所说的准确或者精准不过于一样，我会特别强调是怎样构建这样一个精准的，例如精准无人机可以通过六个维度构建更高的精准度。无线传感网络只不过是物联网的前身，注目的是核心技术和低功、乏长时间的传感。

八九十年代主要是注目低功耗，以及如何从一个临时网络中输出信息，也就是早期“云”的概念。很多人注目自的组织网络的构成和传感器数据的多跳跃路由。现在无线传感网络有数诸多应用于实例，例如在海洋监测中的应用于，我们协商了多个传感器，有对盐度监测的传感器，有对水活动监测的传感器，以小时或天作为取样周期，但是这个系统没对系统环节，现在该系统早已被用作气候变化的监测。在智慧家庭概念中，要考虑到的某种程度是评估环境，还有对环境产生的影响。

我们常常谈及的应用领域叫做网络物理系统，例如我们在实验室花上数年时间做到的“智能特百惠”。这是我们与特百惠公司合作打造出的智能厨房，实质上可以把这个厨房看做智能机器人。

它主要通过传感网络构建低功耗、宽生命周期，以及食品类别和数量的传感。我们做到的不是全部人类的活动，而是将重点放到厨房中食品的打算上。微节点和变形总线带给网络递归智能厨房必须人们协助规划食品和午餐，我们不会大大地考虑到怎样把用户还包括在内，特别是在是用户体验包括在这个环节中。

机器人只做到传感和思维，通过人类和智能冰箱的对话，由智能冰箱跟其它设备互为联系，然后给人们获取冰箱当中储存食品的信息，这样我们研发的一些项目就要做到一个以掌控为核心的架构。我们告诉无线传感器有很多节点，我们和宾夕法尼亚大学合作做到了微节点，这些微节点和其它的宏节点融合，建构出有无线传感网络，可以构建闭环控制。我们研发的另外一个浸润的产品叫作变形总线，主要是为了适应环境各种传感器和驱动器。

我们把变形总线作为一个标准产品发售，和常规总线有所不同，常规总线搜集传感数据时候是这样一个流程：首先期望传感器和CPU互为交流，然后把其它的内容放进去，利用总线的交流构建传感功能。这种常规总线结构当中，我们期望传感器需要对信息展开一些切换，也期望CPU需要做到一些思维，所以在变形总线当中我们的转型器会在整个总线当中移动，利用这些基于设备的信号更为有效地对传感器展开变形。

其中，总线的流形结构并不是几乎崭新的，但是毕竟一个多极并联的总线结构。高性能的节点生产量了宏节点和微节点，具备新的编程的功能，而且是自适应的软件，我们利用总线当中的架构协助这些系统。例如无人机和机器人要需要适应环境转变的环境，而为了使得软件工程师的工作更加非常简单，可以设计一些需要适应环境变化的环境的系统。

这些元素怎么和刚才我们提及的网络相连接？我们的网络当中并不只有计算出来节点，还有传感节点、思维节点和驱动节点，例如精准无人机是物理世界和网络世界之间相连的桥梁，驱动器掌控网络和传感器连接，驱动现实世界中的智慧家庭，驱动实际的医疗机器人系统。这就牵涉到到物联网的技术了，所以和传统上讲的无线传感网络还是有些有所不同的。刚才谈及很多具有节点的传感器，我们借以研发了履带机器人，主要应用于一些救援场景。

我们的乌龟机器人十分小，可以展开救难，可以在废墟中找寻被挖出的幸存者。我们还研发出有了MOTHERSHIP机器人，我们的实验室除了基础研究和系统集成外，还注目如何展开传感和思维，并且展开功能统合，这样才能确实制成简单的机器人。

低精准交互无人机的研究低精准交互无人机究竟应当是什么样的？这是一个很杨家的例子，主要构建空中操作者移动的系统，需要移动重物。这里重点要注目的是这一群人，上图中的无人机是一个载人飞机，实质上是在做到一个重力补偿，也在做到十分精准的调校和装配。当然，考虑到的某种程度是X轴和Y轴，必需要考虑到多维操纵。

最近大家都在研究六旋翼无人机，也就是构建六个维度的无人机，六旋翼无人机有更加精准的力量掌控。这是之前我们在无人机方面做到的一些早期的工作，大家可以看见，由于可以改向有所不同的维度，某种程度也可以在有所不同的方向产生力。因为和周围环境的精准对话是十分最重要的，也就是将虚拟世界的信息转化成为实际的行动，这些旋翼通过在空中用于，其精准度认同不如地面上那么精准。蓝色曲线是理想的曲线，用来取决于扭矩，必须考虑到力量的大小和高度，红色曲线是明确用于的效率。

我们通过这种方式和物理世界展开对话可以应用于到各领域。在明确应用于中，明确的配备也要更进一步优化，让其在有所不同的高度构建有所不同的运转精度，这对于多旋翼无人机来说很最重要。要优化无人机，无人机本身就要做到得更加精准。

之前我们和农业部合作，过去几十年在做到研发核电站用无人机的涉及工作，有些技术应用于在军事领域，有些设施早已寿终正寝，现在必须毁坏，为增加对人的损害，可以用无人机替换人类展开一些人无法相似或者认识的核污染等地方。我们期望通过实验需要构建在有所不同的配备下看见有所不同的效果，从而对无人机性能展开调校，超过更佳性能，所以这张图实质上就是我们测试的结果，看一看如何需要对它的配备展开更进一步的优化。我们也和合作伙伴一起做到了一些工作，研究如何更佳地作出无人机产品原型，需要构建这些无人机更加精准的掌控，比如消费产品领域当中如何构建更佳的效果。实质上优化以后展现出显然是更佳了，无论是从哪方面来看，都比以前更佳一些。

这样不会带给一些新的问题，有些技术细节，例如想无人机的旋翼转动的话，一方面必须旋臂横向转动，另外也要考虑到平行向内旋转。这和固定翼无人机十分相近，有些机翼是平行翼，有些机翼是弯曲翼，这种弯曲翼会对飞行中有类似影响，这里我们通过对其展开优化，在力上构建拟合效果。无论是从哪个方向转动，我们都要对其构建最差的调校，考虑到空气动力学的影响，略为做到调整就可以移动得更慢。

实质上这种上反角效应即使是四旋翼无人机，有可能在实际的飞行速度上都会有20%的误差。我们为什么要把传感网络技术应用于在这些领域当中，比如核废物的分离出来，这样人就不必自己去做到了。

美国能源部有一个废物隔绝实验场，里面有很多核废物，也有一个十分浅的井，大约有600多米浅，还有普利茅斯的气体蔓延场，把地下的污染气体引出来。当然，也有一些低密度的气体，期望将这些气体扩散限制在受限的范围内。这种蔓延场大约有1英里的长度，但我们无法用一个无人机覆盖面积所有的地方，因为有可能要搜集一些残留物的样本，之后只有将前期的工作作好才能月拆毁。

专访精选辑：机器人行业技术发展及市场转型(公众号：)编辑在大会上专访了Richard Voyles教授，就机器人技术发展及市场转型关键问题，Richard Voyles得出了自己的看法。您怎么看来机器人行业及其关键技术的发展，以及对中国的影响？Richard Voyles：机器人技术的发展，在过去是更为注目硬件方面、设备方面。现在，我们踏入一个崭新的机器人技术的时代，以软件和信息为驱动的机器人时代。

这也将是新时代机器人技术的众多基础，在这样一个改变当中，中国和其他的国家也都受到完全相同的影响。中国的机器人行业，还包括中国大多数机器人公司，也正在展开这样的一种转型，从硬件到软件和信息以及AI为中心的一个大的趋势改变，这也将不会沦为中国机器人行业发展的一个主流趋势。

这样一个改变也使得企业之间的合作开始逆的愈发严峻，也增进了更加多的企业之间的合作，从20世纪八九十年代，企业之间合作趋势愈，也协助中国内部构建了行业的范式移往，这个移往就是指过去较为低层的，比如说教育，发展到更加高层的生态系统。这也还包括其他行业，例如软件、信息技术行业的发展，也在渐渐渗入。通过这样的一个软件信息技术的渐渐渗入又反过来推展机器人学更进一步的发展，所以这是一个双向对系统螺旋下降的过程。在未来机器人发展中，它不受软件的影响较小还是不受材料影响较小，未来机器人的发展是什么样子的？Richard Voyles：目前关于软件对于机器人行业的影响显然也是大家常常看见的一个话题，却是我们过去正处于工业时代，但是我们的时代在大大的演变，现在已渐渐转入信息时代，未来还要转入软件时代。

在材料方面，我们也找到材料也逆的更加智能，我坚信它们也将沦为未来信息搜集时代十分最重要的一个有机组成部分，比如现在常常热论的多功能材料，或者我们也把它叫作机器人材料，这样的材料可以构建自我的感官、思维和行动。那在生物系统当中，比如：在人体当中我们的信息和数据它实质上和我们的所谓材料和硬件没一个十分具体的界限，我们的大脑中神经原在大脑还有全身的细胞中产于，他们都是可以搜集信息的，我们通过这一感官所获得的这些信息，也是与我们的人体和各个的组织是紧密连接无法分离的，我们就把它称为一个信息处理过程或者是软件，总的来说在生物系统当中，软件和硬件之间的区分是较为模糊不清的。在我看来，实质上人类需要利用客观存在的物理世界中的工具，也是人类最后需要作为一个主流的物种后代发展壮大，最后统率整个地球的根本原因。

信息的收集我坚信在新的时代也将不会起着更加最重要的起到。过去我们不会非常重视硬件在机器人技术发展方面所起着的起到，这也是我们的技术竞争中常常注目的一个要素，实质上我指出我们确实应当尤为推崇的因素还是信息本身，而工具或之前提及一些硬件他们不能说道是一种工具，协助我们去解析信息。荐一个例子，在我自己的实验室当中，我们有一台最新款的3D打印机，我们利用这个3D打印机不仅去打印机一些结构物质，也要让它构建遥测计算出来，还有自动等方面的功能，我们期望硬件和软件可以有机融合一起，这样的有机融合，也将不会沦为未来3D打印机技术发展的主流。

而传统的3D打印机只推崇硬件。现在的消费类机器人的技术瓶颈在哪里？现在应用型机器人都往消费型机器人移往，您怎么看来这一个问题？Richard Voyles：我们现正在展开转型，而未来的方向就是人机界面。

在机器人1.0时代，我们曾多次热议的就是一个关灯工厂的概念，在这车间工厂当中机器人负责管理所有的工作，人不出现场而只是负责管理运维。在机器人1.0时代，实质上我们注目的这一些领域发展最差的就是在汽车总装这样较为小的领域。关灯工厂只不过是只在汽车总装等小的领域发展很好。大多数比如说汽车的零部件，它的生产本身也不是由机器人所继续执行，所以它只是在十分小的市场当中是较为活跃的。

所以我指出我们要解决问题刚才所提及这样一个技术瓶颈，最重要的是让人去做到他最擅长于的事，让机器也做到它自己最擅长于的事。充分利用这两者的优势展开有序，充份构建人机协作。我坚信这样才是最不利于未来机器人行业的发展的。

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