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附錄Ⅰ 機器人傳感器的網(wǎng)絡 一般的機械手工程自動化測知和知覺實驗室 賓夕凡尼亞州，費城， 大學 , 美國 摘要 :以知覺的數(shù)據(jù)從分配的視覺系統(tǒng)吸取了的 基礎(chǔ)的硬未知的物體和同時追蹤的二維歐幾里得幾何的空間的這一個紙住址即時位置的問題和被網(wǎng)絡的移動機械手的定方位判斷 . 對于隊局限的充份和必需的情況被計劃 . 以統(tǒng)計的操作員和曲線圖搜索運算法則為基礎(chǔ)的一個局限和物體追蹤方式為與異種的感應器一起本土化的一隊機械手被呈現(xiàn) . 方式在有被裝備全方向的錄像機和 線網(wǎng)路的像汽車一樣移動的機械手的一個實驗的月臺被實現(xiàn) . 實驗的結(jié)果使方式有效 . 關(guān)鍵詞 :合作的局限 ; 多機械手形成 ; 分配了感應器網(wǎng)絡 ; 感應器數(shù)據(jù)融合物 介紹 以使一隊移動的機械手自治地在一些里面航行需要了形成而且更進一步運行像監(jiān)視和目標獲得這樣的合作工作 , 他們一定能夠以形成和一個全球的叁考框架本土化他們自己 [1,2]. 因此 , 該如何估計機械手的位置和定方位 (姿勢 ) 以精確的和有效率的方式是特別興趣 . 我們對這一張紙的興趣是在二空間的特別歐幾里得幾何的空間 ) 中本土化一隊異種的機械手和用 從異種的感應器被獲得的數(shù)據(jù)本土化目標 . 明確地 , 我們對情況感興趣為哪一個所有的機械手以形成能被本土化包圍 . 我們的局限方式接近地被講到被 呈現(xiàn)的那些 . 在某種意義上機械手用來自它自己的感應器的那一個來臨可以使用他們的隊友感應器數(shù)據(jù) (或一些被相關(guān)的數(shù)據(jù) ) 和數(shù)據(jù) . 在那一張紙 , 機械手使用分配了測知改善自己的局限或目標局限 [1]. 因為比較多機械手局限問題藉由聯(lián)合被使用最少的機械手交換的數(shù)據(jù)一致最佳化， 過濾器的兩者文件的方法學已經(jīng)呈現(xiàn)解決 . 最近的文學使用曲線圖做模型感應器網(wǎng)絡和合作的控制方案 [5, 6]. 在曲線圖硬理論上的結(jié)果 [7可能是直接地在 用于多機械手系統(tǒng) (裁判員 . [10, 11]). 然而，相對一點的注意已經(jīng)一起支付到網(wǎng)絡生觀察 , 這對照相機的網(wǎng)絡是特別地重要的 . 這一張紙在以統(tǒng)計的操作員和簡單的曲線圖搜索運算法則為基礎(chǔ)的 ) 為隊局限和物體追蹤呈現(xiàn)不同的方式 . 此外 , 不同的早先方法 , 我們在一個如此的方法中制定問題隊局限的問題和物體追蹤能被相同的運算法則解決 . 我們也表示 , 被講到早先作品的最優(yōu)性的利益能如何容易地在我們的方法被吸收 . 為例 , 這一張紙表示該 如何合并一個廣大的過濾器 (改善物體追蹤 . 在結(jié)束 , 使我們的方法有效 , 我們出示實驗的結(jié)果以有被裝備全方向的錄像機和一個 線網(wǎng)路的一群五個像汽車一樣的自治機械手 (見到 我們承擔一個全方向的發(fā)射器和接收器和每個機械手能聽的每個機械手有 每隔一機械手 . 因此 , 所有的機械手以合作的樣子以形成能交換他們的估計而且本土化他們自己 . 注意我們不承擔任何類型的固有感受器 數(shù)據(jù) , 像是機械手的來自任何的不活潑的感應器的速度和加速 . 2 多機械手的區(qū)域化 形成 為了 要考慮一隊機械手是否能被區(qū)域化 ,如果這數(shù)據(jù)是適當?shù)?，融化來自不同的感應器的可得的?shù)據(jù)而且查證是必需的 . 對于 ) 的一隊 n 機械手 , 局限是表示機械手位置和定方位的特色的 3n 坐標的決心 . 因此，見到是必需的如果 3n 獨立的測量是可得的 . 因為每個測量在 3n 坐標上敘述一個限制 , 我們?yōu)樗械南拗瓢l(fā)展了一個功能獨立的測試 . 因此 , 我們定義等級將會允許的一個限制點陣式 我們查證隊是否能被本土化 . 對于每范圍和舉止測量 , 在框架 在坐標上的限制有被 : 一雙生測量 , 和 ,包括機械手 造成下列的類型 3個限制 . 最后 , 生測量 , 和 φ 包括三機械手 的任何雙造成下列的類型 4個限制 . 這些限制能以形式被寫 : 在 一個測量的線組合的地方 , 和 h 在一些身體修理的叁考框架中是形狀變數(shù)的一個非線性功能 . 只有能用來描述網(wǎng)絡的限制的四類型 . 能被寫的所有的其他相等在上述的限制相等上功能依賴 . 藉由區(qū)別四個限制相等 , 我們使描述機械手坐標的可允許小變化 (相等地速度 ) 的表達 . 在～之后這一個程序為 M 可能的限 制給一個 M × 3n 點陣式作為叁考框架 如果 n 機械手的 3 ) 的 n 機械手的定義 1 一隊被說是能地方化的 . 評論顯然地被講到在系統(tǒng)理論中的可觀察性 [14]- 如果一個隊是能地方化的超過任何的時間間隔 , 系統(tǒng)完全觀察得出 . 然而 , 我們將會在一個即時又靜態(tài)的設(shè)定中使用定義 1, 而且如此克制不要使用系統(tǒng)理論上的記號法 . 評論 2 我們也能需要要在設(shè)定它是唯一的必需品估計 3n 的地方的親戚被本土化的隊。 n 的 3 個坐標。在一個身體叁考框架中的個機 械手 . 在 ) 的 n 機械手的定理 1 一形成是能地方化的只有當如果 N=3 n。 0 （ 11 被不活潑的或全球定位感應器做的測量數(shù)量 ,生的） 感應器 和范圍感應器分別地 查證是容易的證明被任何全球的定位感應器做的每個絕對的位置測量能直接地用來估計二州變數(shù) , 和每舉止和范圍測量將會至少增加在結(jié)構(gòu)或形成的形狀方面的一個限制 . 因此 , 全球的位置感應器， 生感應器 , 和 范圍感應器最多將會提供 2ng+立的測量 . 自從 3n 州變數(shù)之后必須被估計 ,2ng+定至少相等 3n. 用有限制的測知能力提供機械手的形成 , 定理 1 提供一種簡單的必需品情況沒有考慮形成幾何學容易地查證 . 注意像劃時代的感應器，圓規(guī)和不活潑的測量單位 (這樣的另外感應器 ,能以筆直的方式被與這一個結(jié)構(gòu)合并 . 圖 . 4 在 一群三個移動的機械手抽取樣品舉止測知曲線圖 (2). 三角法地 , 曲線圖 (b) 總是能轉(zhuǎn)換成基于感知外界刺激在計算的網(wǎng)絡得到的知覺數(shù)據(jù) . 4 局限方式 我們的局限方式承擔每個機械手為溝通和測 知讓一個獨特的確認 (身份證 ) 兩者 . 起先 , 我們也承擔物體角落有清楚的測知身份證 . 如果基于式樣分類的簡單啟發(fā)用來解決聯(lián)合機械手測量的問題，這一項假定能被放松 . 我們的方式是集中的在某種意義上每個機械手收集來自其他的機械手的測知數(shù)據(jù)而且聯(lián)合使用的這數(shù)據(jù)它自己的，則只有曾經(jīng)叁觀所有節(jié)樹藉由在更深入地去之前在相同的深度拜訪所有的節(jié) . 在這里，因為我們沒有在考慮樹 , 節(jié)能被拜訪超過一次 . 因此 , 如果有曲線圖的根和一個特定的節(jié)之間的超過一條路徑 , 這些路徑將會被用 . 在第一個，一個頂點被拜訪 , 它的位置被估 計 . 從然后在 ,之上每次一個節(jié)被到達 , 它的先前估計姿勢被和使用這條新的路徑的最近被估計的姿勢結(jié)合 . 因為一個節(jié)被允許被拜訪超過一次 ,理論上 , 運算法則可以在環(huán)中進入 . 環(huán)引起互相依賴的情形哪里 , 舉例來說 , 姿勢能被計算使用來自 數(shù)據(jù)和 姿勢能被計算使用來自 數(shù)據(jù) . 為了避免這一個問題 , 最初的曲線圖被轉(zhuǎn)換成一個直接的曲線圖哪里環(huán)被移動 . 新的曲線圖以身為被選擇如起源的機械手的根與一棵樹 (然而 , 它不是一棵樹 ) 類似 . 環(huán)被藉由在有著相同的深度的機械手之間除去邊緣避免 . 因為物體沒有測量 , 他們從不不再產(chǎn)生環(huán)和他們的優(yōu)勢正在劃除 . 一樣的在二個機械手之間以單向邊緣發(fā)生 . 在不同深度的二個機械手之間的雙向性邊緣也可能產(chǎn)生環(huán) . 因為運算法則視曲線圖為一棵樹而且從不向根移動，所以這些情形被避免 . 例外與總是被獨立地方向跟隨的單向邊緣一起做 . 對于情形的圖 5 表演被源自的曲線圖的一個例子和運算法則的四個步驟呈現(xiàn) 4 R's 和 R' s 的組合當?shù)氐臏y量 . 因為 接地不能夠本土化 一條經(jīng)過 間接路徑被需要 . 和早先的運算法則的議題之一是一些邊 緣 (像是在早先的例子 e 12 和 e 21) 不被用于機械手的和物體的姿勢判斷 . 為了避免浪費有用的數(shù)據(jù)，一可以在假定機械手的定方位的二個部份中分開運算法則和位置能分開地被計算 . 二個部份是 : 1) 使用相同的運算法則的機械手的定方位的判斷 ; 而且 2) 機械手的判斷和使用線性的目標的位置重量了承擔在一個第三個機械手 (同等的人物框架的二個機械手 ( 的位置線地被講的最少的正方形方法被 : 和 被假定被知道的地方 . 博學 的需要在二個部份中解釋運算法則的區(qū)分 . 除計算定方位之外，運算法則的第一部份負責計算被連接到計算的網(wǎng)絡的機械手的數(shù)字和 , 結(jié)果 , 為定義要計算的變數(shù) . 一些邊緣仍然在運算法則的這一個部份被浪費 , 什么在觀察之下是合理的舉止測量容易比范圍一些好很多 . 另外的進步能被實行使用一個動態(tài)的 過濾器估計物體的位置 . 因為物體是硬的 ,如果和它的角落有關(guān)聯(lián)的一個模型被用 ,即使當一些角落不能夠被機械手見到，追蹤能被運行 . 一簡單的不連續(xù)的樣板物體的尺寸必然地不被知道的地方是 , j O 的速度成份的地方 , j θ 是 j O 和 j 之間的邊緣的大小和定方位 + O, T 是樣品時間 , 和 ω 是物體有角的速度 . 這一個模型考慮物體的速度成份是持續(xù)的 . 因為它不總是真實 ,在過濾器計畫期間 , 低的價值一定被指定給表現(xiàn)模型的三條最后線的信心水平的變數(shù) . 因為一個非線性模型被用 , 一個廣大的過濾器 (是必需的 . 被用于這一個過濾器的測量將會是 x 和與起源機械手相關(guān)的每個物體角落的 y. 一經(jīng)機械手的姿勢被估計 , 在情緒商數(shù)的變形 . (18) 而且 (19) 用來計算測量的矢量和它的共分散 . 運算法則中介紹另外的一個步驟 . 因為測量的組合現(xiàn)在被過濾器運行，所以因此，與物體角落相關(guān)的曲線圖的頂點一定從局限步驟被移動 . 配×集中 當早先的集中方式的時候工作得很好為一相對地小群體的機械手，網(wǎng)絡議題 , 如此的當做交通和延遲 , 和當我們正在用數(shù)十或數(shù)以百計機械手考慮團體的時候，在一個單身的機械手的缺乏計算資源能造成重要的問題 . 在這些情況分配的運算法則的使用變成強制性 . 然后 , 我們想要一個方法使用相同的運算法則而且減少在藉由使分散那處理的部份被需要的計算和帶寬 . 大體上 , 可動裝置機械手只需要當?shù)氐臄?shù)據(jù)運行一件工作 . 因 此，如果每個機械手地方性地收集來自它的立即鄰居的數(shù)據(jù)而且聯(lián)合這一筆數(shù)據(jù) , 它有它需要大部份的時間的數(shù)據(jù) . 在那情況哪里一個機械手能在團體中聽每個機械手的話 ( 在它的溝通范圍里面的所有機械手是 ), 它可以接受所有的數(shù)據(jù)而且，舉例來說，只在來自它的特定的距離 (測量被深度在曲線圖中 ) 里面本土化機械手位于 . 二者擇一地 , 機械手也可能是更選擇的而且選擇只本土化能見到一個給定的物體或位置的機械手 . 在這情況 , 機械手將會跟隨只有一些令人想要的 在曲線圖上的路徑 , 變更運算法則小一點點 . 另外的一個方法 使分散處理 , 當特別網(wǎng)絡被用，而且機械手不能夠直接地和彼此說話的時候，這可能是有用的 , 將只本土化附近的機械手 (溝通系列的機械手 ). 在這一種情形中，當給溝通信息和很多的帶寬路由器被保護的時候，機械手不需要工作 . 如果全球的數(shù)據(jù)是必需的 , 一個機械手能問一或者更多它的鄰居對于數(shù)據(jù) (不生的數(shù)據(jù) ) 而且計算使用變形 (18) 的其他機械手 (或一個特定的機械手 ) 位置和 (19). 因為整個的團體是可得的，當即時的估計不是一個限制的時候，這一個程序能回歸地被運行直到全部州數(shù)據(jù) . 球的局限 迄今，一 經(jīng)每個機械手在它自己的叁考框架中計算其余者的位置在一個身體叁考框架的唯一的比較局限被考慮 . 當在 W 的與一個固定的框架相關(guān)的測量可用來根機械手的時候 , 簡單的變形能用來把比較的估計轉(zhuǎn)變成全球的坐標 . 5 實驗的結(jié)果 為了示范早先的策略，我們在被裝備全方向的照相機的一隊五個像汽車一樣的移動機械手上呈現(xiàn)局限實驗和 到無花果樹 . 1) 被引導網(wǎng)絡 . 促進視覺的處理 , 每個機械手和物體的角落與為每個機械手提供一個獨特的感應器確認的一種特別的顏色一起作記號 . 和一部外部的計算機的一臺被校 正的在頭上的照相機用來本土化環(huán)境的隊 . 這部外部的計算機也收集在溝 通網(wǎng)絡里面被廣播的感應器數(shù)據(jù) . 我們的全方向照相機的限制是他們的決議以物體的距離減少 . 如此我們承擔范圍數(shù)據(jù)受制于為價值通常用對范圍的第四力量的不一致比例項分配了噪音比 1.5 m 小 , 當舉止閱讀蒙受了通常分配的持續(xù)不一致的噪音的時候 . 范圍評價比 1.5 m 之前更大忽略 . 圖 6 表演地面 對于實驗在哪一個一個機械手 (向被另外的一個機械手本土化的一個目標移動 ( 這 一個機械手需要透過被其他機械手廣播的數(shù)據(jù)本土化目標 . 表現(xiàn) 的視野的領(lǐng)域被猛擲的圓周表示 基本上同時地見到一或二個機械手 . 圖 6 表演 R1's 運動在 s 叁考框架的判斷 圖 . 6 以被 集而且分享了過計算的網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的對于 動 . 點表現(xiàn) 真實軌道的連續(xù)線估計的 s 位置 . 內(nèi)部的猛擲圓周表現(xiàn)機械手大小和向外的一些表現(xiàn)視野的照相機領(lǐng)域 . (哪一個與全球的叁考一致構(gòu)成 ) 和 R1's 真實的軌道 . 圖 7 表演追蹤使用 一個三角形 的盒子的三個機械手的二個迅速射擊 . R0's 叁考框架被顯示 . 當 用來本土化另外二的時候，機械手 夠見到盒子角落 . 即使 能夠見到盒子角落 , 它能夠追蹤使用來自它的隊友的數(shù)據(jù)的盒子 . 權(quán)利的迅速射擊表示，當一個機械手變盲目的時候，角落共分散增加但是 盒子仍然被追蹤 . 如果來自一臺外部的校正照相機的數(shù)據(jù)被用，最后一個結(jié)果表示機械手如何全球性地被本土化 . 來自外部的照相機的圖 8 表演二個圖像本土化環(huán)境的機械手 . 加上一個中間的，在哪 被照相機見到，在表 1 被顯示， 局限造成這二個結(jié)構(gòu)。 由于數(shù)據(jù)從其他的機械手 , 不是被外部照相機見到的機械手能仍然被本土化 . 6 結(jié)論 這一張紙?zhí)峁┮粋€策略給在 制多機械手形成 (2). 使用這圖標模型 ,我們已經(jīng)為在來自分配的照相機測量的 ) 決定移動機械手的完全能地方化形成源自充份的和必需的情況。 這一張紙經(jīng)過統(tǒng)計的操作員和曲線圖搜索運算法則在 ) 的被分配的機械手 給州判斷的被提議的方法在分配的網(wǎng)絡里面對感應器或機械手的數(shù)字感到可攀登。 實 驗式地，我們的局限運算法則已經(jīng)被實現(xiàn)和廣泛地在排范圍從物體處理到感應器配置的一個多機械手工作的大多樣性用。 附錄Ⅱ of of in of a on A on is a of in an of n a of to in as be to in as as in a 1,2]. to in a is of in is a of in E (2) we in in be in is to in to or In to or 1]. of by by to 5, 6]. on 7be to 2 ([10, 11]). to is of a E(2) on we in a of be by We to of be in As an to an to In to we of a of We an to in in a we do of as s 2 o a of be it is to if is a of n E(2), is of n it is to n a on n we a of we a us to be on in i A of , j k, in of i, k, in be in 1 is a of h is a of in of be to be on By we of × 3n i: A of n E(2) is to be if n of n be in an is to in 4] — if a is is we in an We to be in a it is to n.3 of n.1 in a A of n E(2) is = 0 （ 11） nr of by or t is to by be to at on or of at ng+nb+nr n to be 2ng+nb+nr be at n. a of a to as be in a 4 a of E(2). b) a) on in 4 ur a At we be if on to of is in in a of be by a of of a by at we be if is of a be At a is is a is is a is to be in of of vi be vj of vj be To is a is to a it is a as by do A of as a of an of of is R' s R' s 4 1 an 3 is of is of as in in s To in be 1) of s ) of a of Ri j) in a to be of of in of is of to to be in of is to be be a to s is if a is be be by A of is of j O , dj j θ of j O j+ O , T is is s is be to of of a is an is in be x y of to (18) 19) to of KF in of to be by a of as of in we or of In of we a to by of In to a if it it