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利用機(jī)器視覺(jué)和手的運(yùn)動(dòng)控制來(lái)提高起重機(jī)操作員的性能
摘要 所有起重機(jī)固有的有效載荷擺動(dòng)使人工快速，準(zhǔn)確，安全的操作有效載荷具有挑戰(zhàn)性。防爆起重機(jī)控制接口也增加了操作難度。本文介紹了一種新的接口，允許運(yùn)營(yíng)商通過(guò)移動(dòng)手持設(shè)備（棒或手套）在空間自由驅(qū)動(dòng)起重機(jī)。起重機(jī)軌道安裝了攝像頭的手提式的運(yùn)動(dòng)裝置，它的位置是用來(lái)驅(qū)動(dòng)起重機(jī)。兩個(gè)控制體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。第一個(gè)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的反饋控制器，第二使用反饋和輸入整形器。兩個(gè)算子的研究表明，手部運(yùn)動(dòng)起重機(jī)控制要比使用標(biāo)準(zhǔn)按鈕懸而未決的控制快速和安全。
指數(shù)條款控制接口，起重機(jī)，輸入整形，機(jī)器視覺(jué)，振蕩。
Ⅰ引言
起重機(jī)在維護(hù)現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)活力發(fā)揮關(guān)鍵作用。他們的重要性表現(xiàn)在造船廠(chǎng)，建筑工地，倉(cāng)庫(kù)和材料處理的各種應(yīng)用。起重機(jī)操縱性對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)，低生產(chǎn)成本和工人的安全是一個(gè)重要因素。
起重機(jī)的固有特性之一有效載荷擺動(dòng)或更復(fù)雜的振蕩動(dòng)力學(xué)像自然的傾向雙擺，是不利于操作的。已作出重大努力開(kāi)發(fā)控制方案以減少?gòu)陌l(fā)出的命令和外部干擾的振動(dòng)響應(yīng)。也有在控制起重機(jī)包含旋轉(zhuǎn)接頭的研究，這由于其非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)的一個(gè)額外的水平增加了復(fù)雜性。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言使用傳統(tǒng)的接口，如按鈕式起重機(jī)吊墜受益于振蕩抑制技術(shù)。他們產(chǎn)生比沒(méi)有這樣的補(bǔ)償算子更安全（不與障礙物的碰撞）和更高效的起重機(jī)運(yùn)動(dòng)（更快的任務(wù)完成時(shí)間和減少操作按鈕）。
2010年9月26日收到手稿； 2011年4月7日修訂，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，當(dāng)前版本的日期2012年10月12日。這項(xiàng)工作是由西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化，喬治亞理工學(xué)院制造研究中心和波音研究與技術(shù)支持。本文推薦副主編E.J.巴斯。
作者伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，喬治亞理工學(xué)院，亞特蘭大，GA 30332美國(guó)（電子郵件：kccpeng”gatech.edu；singhose@gatech.edu；pjbhaumik @生活。com）。
本文中的一個(gè)或一個(gè)以上的數(shù)字彩色版本可用在線(xiàn)http://ieeexplore.ieee.org。
數(shù)字對(duì)象標(biāo)識(shí)符10.1109/tsmca.2012.2199301
除了要面對(duì)控制大挑戰(zhàn)—振幅小阻尼的載荷擺動(dòng)，運(yùn)營(yíng)商還必須掌握反直觀(guān)的控制界面。
圖1.標(biāo)準(zhǔn)按鈕懸掛起重機(jī)控制
圖1顯示了典型的pendentcontrol橋式起重機(jī)。操作者必須熟練會(huì)產(chǎn)生所需的起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)認(rèn)知過(guò)程路徑序列按鈕。例如，如果操作者通過(guò)驅(qū)動(dòng)一個(gè)雜亂工作的起重機(jī)，然后期望路徑必須被映射成一系列的活動(dòng)，“前進(jìn)（F）”“向后（B）”“左（L）”和“右（R）”按鈕被按在正確的時(shí)間和正確的順序。此外，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)移動(dòng)工作區(qū)驅(qū)動(dòng)起重機(jī)和監(jiān)測(cè)其進(jìn)展，他們可以轉(zhuǎn)動(dòng)他們的身體并改變他們所面對(duì)的方向。在這樣的情況下，“前進(jìn)”按鈕使左右運(yùn)動(dòng)，甚至是向后運(yùn)動(dòng)。作為一個(gè)額外的挑戰(zhàn)，操作者可以直接驅(qū)動(dòng)電車(chē)架空，不是有效載荷。因此，操作者必須考慮可能是許多米的開(kāi)銷(xiāo)的指令運(yùn)動(dòng)的小車(chē)之間的時(shí)間滯后和延遲的振動(dòng)響應(yīng)的有效荷載。
雖然已經(jīng)取得了重大的進(jìn)展，改善通過(guò)控制動(dòng)態(tài)起重機(jī)的運(yùn)行效率響應(yīng)于發(fā)布命令，相對(duì)很少考慮已經(jīng)在運(yùn)營(yíng)商發(fā)出這些命令的方式。它已被證明，是針對(duì)特定的控制系統(tǒng)相關(guān)的認(rèn)知過(guò)程的接口產(chǎn)生有益的影響。例如，在腹腔鏡手術(shù)的醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域，如達(dá)文西改進(jìn)傳統(tǒng)的程序允許外科醫(yī)生在一個(gè)更符合人體工程學(xué)的方式和低認(rèn)知負(fù)荷操作。對(duì)照組在相同的方向上移動(dòng)，作為達(dá)文西的最終效應(yīng)，不同于傳統(tǒng)的腹腔鏡那里的醫(yī)生必須反向映射控制由于在插入點(diǎn)到儀器的樞軸點(diǎn)的程序。
本文提出了一種新的控制界面，允許操作員在空間移動(dòng)手持設(shè)備驅(qū)動(dòng)起重機(jī)。機(jī)器視覺(jué)是用來(lái)跟蹤設(shè)備的位置（棒或手套），然后用于生成驅(qū)動(dòng)起重機(jī)的指揮信號(hào)。手的運(yùn)動(dòng)控制接口是專(zhuān)為通過(guò)一個(gè)雜亂的工作驅(qū)動(dòng)起重機(jī)的任務(wù)，因?yàn)樗苏J(rèn)知映射過(guò)程，與傳統(tǒng)的控制接口是必要的。結(jié)果，運(yùn)營(yíng)商不再需要考慮到他們所面對(duì)的方向。安全高效運(yùn)行也減少了歸于手的靈巧的要求。此外，該控制算法最小化的載荷擺動(dòng)并沒(méi)有顯著降低系統(tǒng)的響應(yīng)。因此，手動(dòng)降低載荷擺動(dòng)的負(fù)擔(dān)被解除了。這使得操作者能專(zhuān)心于路徑的規(guī)劃和有效載荷的最終定位。
手的運(yùn)動(dòng)控制提供了比傳統(tǒng)的接口其他認(rèn)知優(yōu)勢(shì)。有認(rèn)知控制兩個(gè)主要部門(mén)：分析解決問(wèn)題和感性的過(guò)程。知覺(jué)的處理往往會(huì)更快，可以并行執(zhí)行，同時(shí)分析處理需要較長(zhǎng)的時(shí)間和進(jìn)程串。分析問(wèn)題的解決也往往更容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。許多研究結(jié)果也表明，可能的時(shí)候人們更喜歡并采用知覺(jué)加工。從這個(gè)角度看，手的運(yùn)動(dòng)控制可以幫助運(yùn)營(yíng)商通過(guò)降低所需的認(rèn)知水平驅(qū)動(dòng)起重機(jī)。運(yùn)營(yíng)商不再需要分析思考的按鈕推動(dòng)序列或者考慮擺動(dòng)載荷；他們只需要移動(dòng)手持設(shè)備到所需的位置或沿所希望的路徑。這允許操作員完成簡(jiǎn)單的知覺(jué)加工。
本文的主要貢獻(xiàn)是一種新型的手的運(yùn)動(dòng)控制接口。這個(gè)接口的好處是由人類(lèi)操作員研究并驗(yàn)證的。第二部分介紹了新的界面（手杖和手套）。在第三節(jié)這是用于與接口相結(jié)合的控制算法進(jìn)行了討論。這是由操作員在第四節(jié)研究和和第五節(jié)總結(jié)的。
Ⅱ?qū)τ谑謩?dòng)起重機(jī)控制接口
本文的研究應(yīng)用是一個(gè)懸掛在汽車(chē)的橋式起重機(jī)擺點(diǎn)質(zhì)量的有效載荷。用于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的10噸的工業(yè)橋式起重機(jī)如圖2所示。
圖2典型的橋式起重機(jī)
橋式起重機(jī)是由一個(gè)固定的架空跑道，一座沿著跑道的橋，和一個(gè)沿著橋的手推車(chē)組成。激光測(cè)距傳感器測(cè)量沿跑道和橋的小車(chē)的位置。鉤，所代表的有效載荷，懸在車(chē)用電纜。一個(gè)西門(mén)子可編程邏輯控制器用來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)并作為中央控制單元。對(duì)起重機(jī)的命令可以發(fā)出一個(gè)按鈕控制魔杖或手套或其他裝置下垂。一個(gè)安裝在小車(chē)向下的西門(mén)子SIMATIC vs723-2攝像機(jī)用于測(cè)量吊鉤的位置。
有手運(yùn)動(dòng)起重機(jī)控制兩個(gè)手持設(shè)備：1）魔杖。
圖3.通過(guò)移動(dòng)反射棒驅(qū)動(dòng)起重機(jī)
如圖3所示，是一個(gè)安裝在手持桿端的反射球2）手套，
圖4.通過(guò)移動(dòng)一個(gè)反光手套駕駛起重機(jī)
如圖4所示，在背面有一個(gè)圓形的反射器。
圖5.手的運(yùn)動(dòng)起重機(jī)控制原理圖
圖5顯示了一個(gè)應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)示意圖手的運(yùn)動(dòng)控制。起重機(jī)安裝攝像頭用于同時(shí)跟蹤魔杖/手套和鉤的位置。因?yàn)樗蟹瓷涑霈F(xiàn)在相機(jī)的明亮的斑點(diǎn)，一個(gè)k-均值聚類(lèi)算法用來(lái)區(qū)分棒/手套反射器反射和鉤反射器反射。相機(jī)的刷新率是約140毫秒。魔杖/手套相對(duì)于起重機(jī)的位置是用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)電車(chē)架空。
Ⅲ手動(dòng)起重機(jī)控制器
研究了三個(gè)控制架構(gòu)。首先，標(biāo)準(zhǔn)按鈕下垂控制器性能比較基準(zhǔn)。然后，在手運(yùn)動(dòng)起重機(jī)控制其適宜性研究了一個(gè)比例–微分（PD）控制器。最后，輸入整形器添加到PD控制器用于降低載荷擺動(dòng)。
請(qǐng)注意，從控制結(jié)構(gòu)的角度來(lái)說(shuō)，魔杖和手套都是相同的。這兩個(gè)設(shè)備都是操作員用來(lái)溝通所需位置的控制器。出于這個(gè)原因，在本節(jié)提出的仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果中，魔杖和手套之間沒(méi)有區(qū)別。然而，在操作過(guò)程中的ER gonomics條款，魔杖具有更大的范圍和可以在狹小的空間驅(qū)動(dòng)起重機(jī)的能力，如轉(zhuǎn)角。另一方面，手套可在獻(xiàn)出范圍內(nèi)獲得較小的尺寸和易用性。
A.標(biāo)準(zhǔn)按鈕下垂控制
圖6.標(biāo)準(zhǔn)下垂控制器
標(biāo)準(zhǔn)的下垂控制框圖如圖6所示。經(jīng)營(yíng)者分析工作空間，考慮所需的操作目標(biāo)，然后決定運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。這個(gè)計(jì)劃通過(guò)按鈕實(shí)現(xiàn)懸掛控制。這些按鈕將能量發(fā)送到汽車(chē)和橋式起重機(jī)小車(chē)。懸掛載荷的小車(chē)間接移動(dòng)。
圖7.標(biāo)準(zhǔn)按鈕的下垂控制響應(yīng)
計(jì)算機(jī)模擬了使用下垂控制器響應(yīng)的大約2到3米的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)如圖7所示。按壓懸掛按鈕一段時(shí)間就會(huì)向起重機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)出梯形速度命令。由于有鐘擺一樣有效載荷性質(zhì)，在一般情況下，這種類(lèi)型的小車(chē)的運(yùn)動(dòng)會(huì)誘導(dǎo)顯著的有效載荷振蕩。
B. PD手運(yùn)動(dòng)控制
著名流行的PD控制器是最簡(jiǎn)單的一個(gè)反饋控制形式。這是在工業(yè)中用于起重機(jī)的控制最常用的反饋方法。它為手動(dòng)起重機(jī)控制器提供了一種現(xiàn)實(shí)選擇。
圖8.PD的手動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器
PD的手運(yùn)動(dòng)控制框圖如圖8所示。把魔杖或手套的位置與橋式起重機(jī)的位置（忽略的垂直高度差）進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號(hào)e。命令發(fā)生器將誤差信號(hào)（一個(gè)位置測(cè)量）轉(zhuǎn)換為速度命令發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。如果是在指定設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的E0和E100，則命令發(fā)生器與E成線(xiàn)性地比例。否則，命令發(fā)生器輸出0%或100%。E0和E100值分別為0.25和1米。這些選擇都是基于起重機(jī)操作員舒適的距離。命令發(fā)生器被描述為
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PD控制律的應(yīng)用，通過(guò)飽和器傳遞結(jié)果確保起重機(jī)的速度與加速度不超過(guò)限制范圍。請(qǐng)注意，起重機(jī)小車(chē)的位置，而不是有效載荷，用于反饋。這是因?yàn)?，在?shí)踐中，檢測(cè)小車(chē)位置（使用激光測(cè)距傳感器）遠(yuǎn)比檢測(cè)有效載荷更可靠（使用機(jī)器視覺(jué)）。此外，單擺的有效載荷是一個(gè)固有的穩(wěn)定的設(shè)備：載荷將在固定式起重機(jī)的影響下永遠(yuǎn)靜止。因此，對(duì)起重機(jī)小車(chē)正確的最終定位保證了有效載荷的正確的最終定位。
1）仿真驗(yàn)證：一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是PD增益的選擇。計(jì)算機(jī)模擬構(gòu)造援助增益選擇的過(guò)程。手的運(yùn)動(dòng)軌跡被指定為等于10噸工業(yè)起重機(jī)坡道位置最大的速度（0.3577米/秒）梯度。這近似是一個(gè)緩慢的步行速度模仿人類(lèi)操作員典型的手的運(yùn)動(dòng)軌跡。
圖9.模擬PD控制器和低收益
圖10.模擬PD控制器和高增益
圖9和圖10顯示PD手運(yùn)動(dòng)控制器—分別在低和高的反饋增益下的仿真結(jié)果。這兩個(gè)數(shù)字顯示使用PD控制器固有的權(quán)衡：低收益，起重機(jī)回應(yīng)緩慢，但有效載荷振蕩很小；高收益，但以起重機(jī)快速移動(dòng)的大型有效載荷振蕩為代價(jià)。
2）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：手的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是在10噸橋式起重機(jī)上實(shí)現(xiàn)的。由人類(lèi)操作員生產(chǎn)的棒/手套軌跡類(lèi)似于那些模擬中用的。斜坡坡度約相當(dāng)于起重機(jī)最大的速度，測(cè)試報(bào)告的動(dòng)距離約為2米。
圖11.起動(dòng)和停止時(shí)的手部運(yùn)動(dòng)控制
圖11顯示了操作員使用手部運(yùn)動(dòng)控制啟動(dòng)和停止起重機(jī)。開(kāi)始移動(dòng)，操作者可以使魔杖/手套的相機(jī)遠(yuǎn)離起重機(jī)一些距離。當(dāng)起重機(jī)接近所需的位置，操作員降低棒/手套到攝像機(jī)檢測(cè)不到的位置。當(dāng)相機(jī)無(wú)法定位魔杖/手套的位置時(shí)，E為零。因?yàn)槟д?手套的位置在某些時(shí)候可能是未知的，所以“魔杖/手套”的實(shí)驗(yàn)響應(yīng)曲線(xiàn)會(huì)有間斷。
圖12.低增益實(shí)驗(yàn)PD控制器
圖13.高增益實(shí)驗(yàn)PD控制器
圖12和圖13顯示PD手運(yùn)動(dòng)控制器使用手套接口分別在低和高的反饋增益下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加強(qiáng)了模擬結(jié)果：低收益動(dòng)作慢但是起重機(jī)載荷擺動(dòng)小，而高收益起重機(jī)的動(dòng)作快，但有效載荷振蕩大。出于安全原因，減少有效載荷振蕩通常比起重機(jī)的快速動(dòng)作，高一個(gè)優(yōu)先級(jí)。因此，PD手運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)際只應(yīng)該在低收益時(shí)使用。
C. PD輸入整形手運(yùn)動(dòng)控制
B部分證明了使用PD手運(yùn)動(dòng)控制器的固有弱點(diǎn)（低和高收益之間的權(quán)衡）。然而，性能可通過(guò)修改命令信號(hào)形狀以減少振蕩的輸入整形器得到改善。
圖14.PD輸入整形手的運(yùn)動(dòng)控制器
圖14顯示的新控制框圖，表明在飽和器和起重機(jī)塊之間插入了輸入整形器。
1）輸入整形：輸入整形是一種技術(shù)，通過(guò)適當(dāng)?shù)厮茉烀罱档腿嵝韵到y(tǒng)殘留振動(dòng)。通過(guò)卷積的基線(xiàn)輸入命令完成一系列的沖動(dòng)，稱(chēng)為輸入整形器。結(jié)果是一個(gè)可降低殘余振動(dòng)的形狀命令。
為了確定輸入整形器的脈沖振幅和時(shí)間位置，設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足一定的約束。主要的設(shè)計(jì)約束是由成型機(jī)引起振動(dòng)的振幅極限。從一個(gè)欠阻尼二階系統(tǒng)的序列中n的正常百分比殘余振動(dòng)（PRV）振幅如[ 31 ]。
P RV = V (ω, ζ ) = e?ζωtn [C (ω, ζ )]2 + [S(ω, ζ )]2
∑ √
C (ω, ζ ) = Aieζωti cos(ωti 1 ? ζ 2 ) (3)
i=1
∑ √
S(ω, ζ ) = Aieζωti sin(ωti 1 ? ζ 2 ) (4)
i=1
ω是系統(tǒng)的固有頻率，ζ是阻尼比，Ai和ti分別為脈沖的振幅和時(shí)間。
方程（2）給出了輸入整形和不輸入整形的振動(dòng)比率。殘余振動(dòng)幅值約束可以由設(shè)置（2）固有頻率和阻尼比小于或等于一個(gè)可接受的水平的殘余振動(dòng)模型形成 [ 32 ]。最簡(jiǎn)單的零振動(dòng)（ZV）成型機(jī)，振動(dòng)耐受量為零。這個(gè)結(jié)果在一個(gè)成型器的形式[ 31 ]，[ 33 ]。
2）仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：高增益PD反饋和ZV輸入整形器相結(jié)合的目標(biāo)是獲得起重機(jī)的快速響應(yīng)和低振幅的有效載荷振蕩。在本節(jié)中手運(yùn)動(dòng)控制器采用高PD增益（與B部分相同）以快速移動(dòng)起重機(jī)小車(chē)，結(jié)合ZV輸入整形器消除有效載荷振蕩。
圖15.模擬PD輸入整形控制器
圖16.輸入整形控制器與PD的實(shí)驗(yàn)
圖15和圖16分別顯示了控制器模擬和實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)使用手套接口獲得。顯然，起重機(jī)的響應(yīng)速度很快，但有效載荷振蕩非常小。
此外，在輸入整形器的上升時(shí)間的滯后不太明顯了。起重機(jī)在輸入整形或不輸入整形的情況下幾乎以相同的速度響應(yīng)。因此，由于輸入整形器消除了載荷擺動(dòng)這個(gè)版本的手運(yùn)動(dòng)控制器可自由使用高PD增益。
Ⅳ算子的研究
本節(jié)介紹了下垂控制與手運(yùn)動(dòng)控制操作效率比較的結(jié)果。每一項(xiàng)研究中，我們的目標(biāo)是盡可能快而不與障礙物碰撞地從開(kāi)始到結(jié)束移動(dòng)有效載荷（即起重機(jī)吊鉤）。
A. PD手運(yùn)動(dòng)控制
圖17.俯視的障礙1
障礙訓(xùn)練場(chǎng)的俯視圖如圖17所示。開(kāi)始區(qū)和結(jié)束區(qū)分別由矩形和圓形表示。障礙安排到這樣的程度最快的路徑所需的對(duì)角起重機(jī)動(dòng)作（同時(shí)移動(dòng)兩臺(tái)車(chē)橋軸）。十二個(gè)新手運(yùn)營(yíng)商使用以下控制接口完成障礙過(guò)程：
1）標(biāo)準(zhǔn)按鈕下垂；
2）低PD增益和無(wú)輸入整形的棒控制（記著，PD手運(yùn)動(dòng)控制器必須使用低收益實(shí)現(xiàn)，避免大幅度有效載荷振蕩）。
圖18.障礙1完成時(shí)間
圖18顯示了每個(gè)操作過(guò)程的完成時(shí)間。使用下垂平均完成時(shí)間為97 s，使用魔杖的平均完成時(shí)間僅為46秒，改進(jìn)了53%。一個(gè)單向重復(fù)測(cè)量的方差分析（ANOVA）測(cè)試表明，改善完成時(shí)間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F = 17.67；P = 0.00148）。
圖19.障礙1碰撞
圖19顯示了每個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中地塊發(fā)生碰撞的次數(shù)。采用下垂控制，所有運(yùn)營(yíng)商遭受至少一個(gè)碰撞，碰撞的平均數(shù)為5.1個(gè)。使用魔杖控制，碰撞的平均數(shù)僅為0.92，改善了81%。一個(gè)單向重復(fù)測(cè)量的方差分析測(cè)試表明，碰撞的還原有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F = 19.81；P = 0.00098）。
B. PD ZV整形手運(yùn)動(dòng)控制
這項(xiàng)研究中使用的障礙物。
圖20.俯視的障礙2
如圖20所示。開(kāi)始區(qū)和結(jié)束區(qū)分別由矩形和圓形表示。十個(gè)新手運(yùn)營(yíng)商使用以下控制接口完成障礙過(guò)程：
1）標(biāo)準(zhǔn)的下垂控制；
2）高PD增益和ZV輸入整形手套控制；
3）高PD增益和ZV輸入整形棒控制。
圖21.示例性障礙2的有效載荷的響應(yīng)
圖21顯示了一個(gè)操作員使用吊燈和手套的典型載荷響應(yīng)的俯視圖。而使用下垂，使用手套，顯著降低了有效載荷擺動(dòng)和允許操作者更有效地移動(dòng)載荷。
圖22.障礙2完成時(shí)間
圖22顯示了每個(gè)操作過(guò)程的完成時(shí)間。使用下垂平均完成時(shí)間為77 s，使用手套平均完成時(shí)間為24（比下垂超過(guò)68.8%的改善）使用的魔杖是30秒（61%改進(jìn)比下垂）。一個(gè)單向重復(fù)測(cè)量的方差分析測(cè)試結(jié)果表明，三種控制方法的完成時(shí)間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F = 63.88；P <0。0001）。圖基的95%置信區(qū)間試驗(yàn)表明下垂和魔杖之間（P<0。0001）、下垂和手套之間（P<0。0001）有一個(gè)顯著差異。然而，魔杖和手套之間無(wú)顯著性差異（P = 0.46）。
圖23.障礙2碰撞
圖23顯示了每個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中地塊發(fā)生碰撞的次數(shù)。采用下垂控制，許多運(yùn)營(yíng)商的有效載荷與障礙物相撞。碰撞的平均數(shù)為0.9個(gè)。然而，所有的運(yùn)營(yíng)商能夠使用手套和魔杖避開(kāi)障礙物，對(duì)應(yīng)于100%的改善超過(guò)下垂。一個(gè)單向重復(fù)測(cè)量的方差分析測(cè)試表明，使用三種控制方法的碰撞數(shù)（F = 10.57；P = 0.00092）差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。圖基的95%置信區(qū)間試驗(yàn)表明下垂和魔杖之間（P = 0.0024）、下垂和手套之間（P = 0.0024）有一個(gè)顯著差異
Ⅴ結(jié)論
根據(jù)操作者的手的運(yùn)動(dòng)起重機(jī)控制器成功地安裝在一個(gè)工業(yè)橋式起重機(jī)。起重機(jī)軌道安裝攝像頭的手持裝置（棒或手套）的位置，是由運(yùn)營(yíng)商通過(guò)所需的軌跡移動(dòng)的。起重機(jī)跟隨魔杖/手套。對(duì)三種類(lèi)型的控制器進(jìn)行了研究：1）標(biāo)準(zhǔn)的下垂控制（基線(xiàn)比較）；2）PD手運(yùn)動(dòng)控制；3）PD輸入整形手運(yùn)動(dòng)控制。在兩個(gè)算子研究的基礎(chǔ)上，起重機(jī)通過(guò)了障礙。第一項(xiàng)研究表明，PD控制使用魔杖完成時(shí)間提高了53%并且躲避障礙比標(biāo)準(zhǔn)的下垂控制具有81%的改善。第二項(xiàng)研究，將下垂控制和PD和輸入整形手運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了比較。使用魔杖和手套，與下垂控制相比，運(yùn)營(yíng)商表現(xiàn)出更好的60%改進(jìn)的完成時(shí)間和100%改進(jìn)的避免障礙。