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行为与交互意图之间的柔性映射研究及其在陪护机器人中的应用

行为与交互意图之间的柔性映射研究及其在陪护机器人中的应用

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作者：邱小彧济南大学

学位级别：硕士

近年来,随着人工智能及机器人技术的不断飞速发展,老年陪护机器人开始走进人们的生活。但是,一方面,在进行人机交互时,往往会出现由于用户表达方式不同或者某一行为不规范而引起意图歧义的问题,导致交互失败;另一方面,行为与意图之间往... 详细信息

近年来,随着人工智能及机器人技术的不断飞速发展,老年陪护机器人开始走进人们的生活。但是,一方面,在进行人机交互时,往往会出现由于用户表达方式不同或者某一行为不规范而引起意图歧义的问题,导致交互失败;另一方面,行为与意图之间往往被定义为一一对应关系,使得用户必须记住行为命令,进而增加了用户的记忆负荷。因此,本文在济南市自主创新团队项目—“面向老年陪护机器人的人身安全协同保护机制研究”的支持下研究并实现了助老陪护的行为与交互意图的柔性映射算法。本文的主要研究内容和创新点归纳如下:（1）设计实现了一种基于特征差异的柔性映射算法（Flexible Mapping Algorithm based on Feature Difference,FMFD）。针对传统的一种指令对应一种操作的人机交互模式,实现了同一交互情境下,一种手势可以对应多种语义的灵活映射。首先,对输入的手势进行特征提取,计算其手指的弯曲度与手势移动方向组成意图判定集合。然后,将得到的意图判定集合与行为—意图数据库匹配,得到用户的真实意图。（2）提出并实现了一种从行为到交互意图之间的柔性映射算法（Flexible Mapping Algorithms from Behavior to Interaction Intent,FMBI）。该算法利用多模态输入方式,将手势、体势、语音进行结合,同时根据权重进行意图互补,并与意图数据库进行匹配得到用户的真实意图。提出的算法被应用于一个助老吃药系统进行实验和评价。实验表明,提出算法的意图平均理解率达到95.5%左右,能够使用更少的指令表达出更多的意图,同时意图间的互补,降低了由于行为不规范而引起的意图歧义问题,提高了人机交互过程中的容错率和流畅性。（3）设计并完成了一种基于柔性映射的助老陪护原型系统。提出了一种基于特征差异和多模态意图互补的行为与交互意图间柔性映射的人机协同模式。机器人可以感知周边环境并获取用户多个模态的信息输入,根据每个模态的特征差异将其识别为多个子意图集。然后,通过多个模态的子意图集间的互补并结合当前情境,进行用户真实意图的计算与理解,并将得到的结果反馈给老年人,通过交互来进行意图的确认与修正,在无人指导下执行相应操作完成助老陪护。

关键词：人机协同助老陪护机器人柔性映射意图理解

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