在4月的往期移动抓取应用之核工业机器人案例分享中给大家介绍了来自德克萨斯大学奥斯汀分校的核机器人小组早在2015年在ClearPath的机器人集成专家帮助下在Husky平台上安装了两个UR5机械臂，创造了一个独特的工业级双臂系统命名为“VaultBot”，用于核材料的回收和处理以及核污染的检查。我们一直关注着该团队的研究进展，现在他们有了一些新的研究成果，让我们来一探究竟。

Guy Zaidner和Mitch Pryor博士是得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员，他们开发了Vaultbot，一种基于Husky的双臂移动机器人，旨在提高在危险和不确定的环境中双臂移动机器人远程操作中的态势感知能力

机器人遥操作的挑战

对于危险和不确定的环境，使用机器人代替人似乎是个好主意。但是，由于缺乏合适的视觉反馈，间接遥控操作（远程控制机器人的动作）通常非常具有挑战性。例如，视频回传通常是低分辨率、低FPS、有限的视场并具有高延迟。

遥控机器人有很多挑战。首先，操作员需要配备各种可穿戴设备，例如头戴式显示器（HMD）以及力和触觉反馈设备。尽管这些设备可以增加操作员可以接收的信息量，但这些信息也可能让操作员困惑。 

另一个问题是，由于缺乏感知的深度和视野，仅使用标准2D监视器操作机器人可能会很复杂。

该研究中概述的最后一个问题是操作员与机器人之间的延迟或往返延迟，这可能导致机器人的控制不稳定。高于50-100 ms的等待时间可能会使操作员认为系统没有响应，然后重新执行命令，这将导致过度反应。

所有这些问题都是导致对情境的意识问题（Situational Awareness SA）的原因，该团队将其定义为“关于时间或空间的环境要素和事件的感知，其含义的理解以及其未来状态的预测。”

遥控Vaultbot手臂之一的侧视图

抢险救援机器人感知与规划

通过创建基于任务的图形用户界面（GUI），该界面结合了SA理论和运动感知背后的心理学原理，研究团队已经能够解决这些常见问题。

对于远程导航，集成的屏幕可分两级显示环境：第一级，使用360°摄像头，操作员可以从球形图像的“驾驶员”角度探索和查看环境。其次，通过缩小视图，操作员可以在地图上看到机器人（鸟瞰图）。在移动机器人时，用户会看到已发送给机器人的速度命令，因此用户可能希望机器人在一段时间后会更加自主地移动。通过切换到操作模式，用户可以看到另一个屏幕，该屏幕从抓取器的角度显示图像。构成虚拟握持平面的动态叠加层仅在相关的感兴趣区域提供深度感知。当物体足够靠近以进行抓取时，该物体将覆盖虚拟表面。

对于运动学问题，研究人员使用“点模式”显示末端执行器和机器人基座相对于运动学边界的相对位置，以防止奇异。抓取器的图像根据抓取器的旋转和平移而变化，以实现更好的空间感知。抓住物体后，用户会看到施加在物体上的力的指示，这使用户可以调节接触力。

为了解决延迟问题，用户可以同时看到来自输入设备的速度命令和与以较小延迟进行运动的真实手臂对齐的模拟手臂。

线性透视线视图

具有2D深度和力感应的抓取器视图

Vaultbot的技术组成

Vaultbot建立在Husky UGV上，具有两个集成的UR5协作机器人手臂。该机器人还具有以下传感器：UM6惯性测量单元（IMU），SICK LMS511 2D LIDAR，NetFT力扭矩传感器，Intel RealSense D435相机和两个4K柯达PixPro相机。

该机器人在两个同步的ROS melodic masters上运行，它们在装有Ubuntu 18.04 OS的不同计算机上运行。一个主控器负责摄像机以外的整个机器人，而另一主控器则完全负责车载摄像机。因为Vaultbot设计在危险环境中工作，这样设置的目的是提供安全的解决方案。如果机器人计算机由于故障需要远程重启，摄像机将保持开启状态并继续工作。

Vaultbot配备了UM6惯性测量单元（IMU），SICK LMS511 2D激光雷达，NetFT力扭矩传感器，两个集成的UR5协作机器人手臂，英特尔实感D435相机和两个4K柯达PixPro相机

他们为什么选择在Husky上进行开发

研究人员需要一个可靠的移动平台，因为它要在危险的环境中工作并且还必须坚固耐用，以便他们可以添加更多的传感器和设备，而这两个都是HUSKY UGV所具备的。 

“与Husky的合作是非常宝贵的经验。硬件和软件在较长时间内都稳定。ROS软件和传感器的集成都变得简单。” 扎伊德纳说。此外，Clearpath已证明自己是可靠且稳定的供应商，可确保可以使用其商用硬件来复制任何开发的功能。Clearpath帮助UT Austin从商业组件中开发出双臂移动机械臂，并获得长期支持。 

广泛应用的Vaultbot

Vaultbot已用于支持来自洛斯阿拉莫斯国家实验室，萨凡纳河国家实验室以及包括伍德赛德在内的多个O＆G工业合作伙伴的资助项目。Vaultbot还在与核环境有关的各种出版物中都有介绍，并且被IEEE Spectrum收录。

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