室内服务机器人多维度情景理解与行为优化方法研究

In order to reveal the indoor service robots’ attribute of human-robot coexist, cooperation and cognition and to enhance the intelligence of indoor service robots, this project application proposes the concept of multi-dimensional service situations which are quantified by factors such as the size of robots’ working environment, the number of participants (people and robots) and the participant's movement status. Situational awareness and behavioral optimization of Tri-CO indoor service robots are thoroughly studied. This project application tries to explain the internal relations among robots’ multi-dimensional situation awareness, analysis of people’s comfort needs in different service situations and behavioral optimization of robots in different service situations. Original researches of theoretical methods and relevant technologies are carried out to build a common framework of Tri-CO indoor service robots. On this basis, a large number of systematic experiments are designed according to the actual task requirements of Tri-CO indoor service robots. Those experiments comprehensively cover variety of service situations which are quantified by the above multi-dimensional factors. Then those experiments are carried out to verify the robot's intelligence in service situations understanding, switching of humans’ comfort requirements models, switching of robots’ path planning methods and trajectory planning modes. The feasibility and effectiveness of relevant theories and technologies are also verified with those experiments. Theoretical basis and key technical support for future indoor service robots are expected in this project application.

本课题以揭示室内服务机器人的人机共融属性和提升其智能性为目标，提出了由服务机器人所处工作环境的大小、环境中的参与者（人与机器人）的多少和参与者的动态情况等多种因素多维度量化服务情景的概念，以便深入研究面向人机共融的室内服务机器人多维度服务情景理解与行为优化方法。重点阐释机器人的多维度情景理解、不同服务情景下的人的舒适需求分析、不同服务情景下的机器人的行为优化之间的内在关系，开展具有原创性的理论方法与技术研究，构建与人共融的室内服务机器人共性方法体系。据此，本课题针对与人共融的室内服务机器人的实际任务需求，设计涵盖多维度量化信息的不同服务情景下的体系化综合验证实验，验证机器人在多维度服务情景理解下相应舒适需求模型的智能切换、路径规划方法和轨迹规划模式的智能切换，以及相关理论与技术的可行性和有效性，为室内服务机器人的应用与普及提供理论依据和关键技术支撑。

机器人技术作为集成创新技术发展到今天，人们对机器人的定位和需求已经不再局限为自动化的机器，而是将其视为能与作业环境、人和其它机器人适度交互、适应复杂动态环境并协同作业的智能伙伴。与人共融的新一代室内服务机器人在人机空间共享、多任务协调合作、实现类人化的行为决策，以及确保人-机-环境安全等方面存在更为严苛的需求与应用挑战。开展室内服务机器人多维度服务情景理解与行为优化方法研究对于揭示室内服务机器人的人机共融属性，提升服务机器人的智能性均具有重要意义。.本项目针对与人共融的新一代室内服务机器人在环境感知与情景理解、服务对象的检测与行为预测、保障服务对象的本质安全以及机器人与服务对象的相互适应等四个方面所面临的挑战，从感知、理解以及执行三个层次开展具有原创性的理论方法研究与技术研究，以构建与人共融的室内服务机器人共性方法体系。主要研究内容包括：（1）面向人机共融场景的参与者行为检测；（2）人的舒适需求分析与多维度服务情景理解；进而，以室内服务场景下的“行人跟随”与“行人避让”两种典型人机共融任务进行机器人主动舒适导航性能验证，包括（3）面向行人跟随的机器人舒适导航方法；（4）面向人群的机器人主动避让行为优化。.取得的主要理论与技术突破体现在：第一，提出了以机器人所处工作环境的大小、参与者的多少和参与者的动态情况作为三个主要维度的多维度服务情景描述概念，实现了对于室内服务机器人所面对的服务情景的量化与理解；第二，从紧张空间、个人和群组关系等多个视角研究了面向个人和群组的动态舒适空间建模方法，并通过系列实验进行了模型验证；第三，设计并验证了包括任务绩效评价指标、目标跟随评价指标、以及舒适度和安全性评价指标等三个层级指标的机器人舒适导航评价指标体系。.基于此项目相关研究，共发表科研论文20余篇，授权国家发明专利8项，项目执行期间培养研究生16名，达成了项目的预期研究成果任务指标。

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