机器人交互设计中参与式设计思维及方法研究

目的 以机器人交互设计为研究对象,结合通过设计进行研究的思维方式对参与式设计视角下的参与主体、进程、工具及产出的设计知识进行明确的梳理和分析,在提升参与式设计的有效性的同时,推动抗解问题的解决。方法 从三个维度厘清机器人交互设计中的参与要素,包括参与主体及角色、通过设计进行研究的实验类型和基于设计阶段的参与工具,综合探讨通过设计进行研究思维方式在理解机器人角色、伦理问题和个性化特征等方面所发挥的作用。结果 得出通过设计进行研究思维方式对多学科跨界交流、拓展机器人交互设计的边界、开发创新性的参与方法及探索“设计最优解”带来的影响。结论 从参与者的选取,到研究目标驱动的实验流程设计,再到基于设计阶段的参与工具选择,帮助研究者提升参与式设计有效性的同时,实现通过设计进行研究思维方式下机器人交互设计的跨学科的沟通。

交互式机器翻译综述

随着深度学习的发展和成熟,神经机器翻译的质量也越来越高,然而仍不完美,为了达到可接受的翻译效果,需要人工进行后期编辑。交互式机器翻译(IMT)是这种串行工作的一个替代,即在翻译过程中进行人工互动,由用户对翻译系统产生的候选翻译进行验证,并且,如有必要,由用户提供新的输入,系统根据用户当前的反馈生成新的候选译文,如此往复,直到产生一个使用户满意的输出。首先,介绍了IMT的基本概念以及当前的研究进展;然后,分类对一些常用方法和前沿工作加以介绍,并简述每个工作的背景和创新之处;最后,探讨了IMT的发展趋势和研究难点。

基于交互情境因素的人与机器人交互体验

系统定量地评估交互情境因素(交互距离、交互姿势和反馈风格)对于优化人与机器人的交互体验有着重要意义.采用三因子组内和组间混合设计的人因学实验,招募20名受试者以不同交互情境与机器人进行互动,并收集受试者的客观绩效、主观感知和眼动行为等交互体验指标,最后采用重复测量的方差分析处理实验数据.结果表明各交互情境因素下受试者客观绩效无差异,交互距离与反馈风格对受试者注视机器人次数占比有显著主效应和交互作用,交互距离与交互姿势对平均瞳孔直径存在交互作用,交互情境因素在交互方式接受度上有显著交互作用.研究结果可为机器人的情感表达部署、人机交互体验的优化策略提供参考依据.

人-机器人交互场景中的身份识别技术

身份识别是一种使用人的图像、语音等信息,借助目标检测、信息检索等找到其对应标签的综合方法。但是传统身份识别方法都是基于固定终端进行的,无法应对交互环境变化导致的多种数据质量问题,使得基于移动机器人的身份识别任务比基于固定终端的身份识别任务增加了难度。主动视觉、行为预测、视图规划、多模态身份识别等技术的融合运用为此提供了新的解决思路。通过对上述技术的研究进展及应用现状进行综述,分析这些方法在身份识别任务上的优势与不足,并对人-机器人交互场景中的身份识别技术的未来发展趋势进行展望。

交互式水域环卫机器人的避障路径规划算法

为使交互式水域环卫机器人(Interactive Water Sanitation Vehicle,IWSV)在进行垃圾收集时成功捕获水中浮动垃圾并顺利规避水域障碍物,提出一种将基于采样的快速搜索随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法与速度障碍模型相结合的路径规划算法。利用双目摄像头基于视差定位法获取水域动态障碍物的位置坐标,利用IWSV搭载的感应元件获取其自身与障碍物的相对方位角,基于速度障碍法计算可成功避开障碍物的移动角度调整范围,对更优的RRT算法中的随机采样过程进行进一步优化,得到改进的避障路径规划算法。考虑实际应用场景,引入抗积分饱和比例积分微分控制(Proportional Integral Differentiational Control,PID Control)法使航向控制器的控制效果更为精准有效。在实景测试时避障路径规划算法存在稳健性,基于到达时间(Time of Arrival,TOA)定位法进行仿真分析。仿真试验结果表明,该路径规划算法比RRT算法和改进前的RRT算法路径规划效果更优,可靠性更好,可在较短时间内避障并得到较优移动路径。在实景测试时基于TOA的Chan算法更加符合定位估计需求,且IWSV本体感应装置的噪声测算宜在10 m以内。

物理性人-机器人交互研究与发展现状

介绍了物理性人-机器人交互的定义,对该过程可能对人造成的伤害进行了分析,给出了物理性人-机器人交互安全评价指标,并总结了目前该领域采用的安全策略。综述了国内外在物理性人-机器人交互方面的研究进展,在分析物理性人-机器人交互研究现状的基础上,阐述了该领域面临的问题和挑战。文章指出,目前物理性人-机器人交互伤害分析和安全评估研究主要集中在钝/锐碰撞造成的骨骼和软组织伤害上,缺乏对脏器、血管、神经等损伤的研究。安全策略主要方法有碰撞避免、包裹软弹性材料、关节柔顺设计等。通过对比各种安全策略的设计思想和组成方案,总结出了各种策略的优缺点和存在的主要问题。由于现有的研究表明单一的手段和策略无法保证人-机器人交互的安全性,提出将认知性人-机器人交互和物理性人-机器人交互相结合来增强后者的安全性将是未来发展的方向。

基于眼动和脑电技术的机器人情绪行为对用户交互情感的影响研究

目的探索人-机器人交互过程中用户情感的评价方法,揭示机器人情绪行为对用户交互情感的影响。方法设计音乐交互过程(正性音乐、负性音乐)和机器人情绪行为(正性情绪行为、中性情绪行为、负性情绪行为),借助主观评价、眼动追踪和脑电技术,采集19名被试在不同音乐交互过程中的主观评价指标、眼动指标和脑电指标。结果正性音乐交互过程中,机器人正性情绪行为引起的效价、唤醒度、瞳孔直径、额中线theta波相对功率、额区alpha波不对称指数显著大于中性情绪行为;而负性音乐交互过程中,机器人负性情绪行为引起的唤醒度和瞳孔直径显著大于中性情绪行为,效价和额区alpha波不对称指数显著小于中性情绪行为。结论各评价指标具有一致的结果,各指标相互结合能够有效地评价机器人音乐交互过程中用户的情感状态。评价结果表明机器人正性情绪行为(负性情绪行为)对音乐交互过程中用户正性情感(负性情感)具有增强作用,可用于进一步加强机器人音乐交互过程中用户的情感。

人工智能研究中交互性机器伦理问题的透视及应对

交互性机器人是当前人工智能研究中的焦点,与此同时,交互性机器伦理也成为机器伦理研究的新的问题涌现点。当前的交互性机器伦理问题主要涉及交互性机器人对世界的态度、与虚拟社会的融入、与自然人的交互、机器身份和伦理植入等五个方面,这与经典范畴的划分方式、现代社会中的自我封闭以及人机之交互的不充分性有直接关系。因此,本文通过对人的生存状态、交互性机器人的存在方式以及人与机器的交互方式这三个方面的分析,从现象学的视角指出人与机器共在、人与机器和世界的统一、人机在交互中融合、人机之间的伦理一致是解决交互性机器伦理问题的关键。

基于RNN编码器的交互式机器翻译平台控制技术

为减少交互式机器翻译平台在工作时受到的干扰信息,利用RNN编码器设计了一种机器翻译平台控制技术;通过研究RNN编码器单级交互式机器翻译平台、复合交互式机器翻译平台的嵌入方式,分析RNN编码器控制下的交互式机器翻译平台结构;在将RNN编码器嵌入交互式平台后,加入平台速度稳定控制回路和平台位置稳定控制回路,实现稳定功能、锁定功能、扫描功能以及自动控制功能,利用被动隔离方法和主动稳定方法确保稳定控制;通过实验验证,该控制技术可以有效减少交互式机器翻译平台工作时受到的外界信息干扰。

基于便携式脑电信号采集器的脑-机器人交互系统

针对现有高精度脑电信号采集设备体积笨重、成本高、无法普及的问题,开发了便携低成本的多通道脑电信号采集器,并以可编程可定制的乐高机器人为应用实例,搭建了集注意力训练、教育、娱乐于一体的脑-机器人交互系统。脑电信号采集器内置锂电池,体积为65 mm×40 mm×21 mm,重约60 g,以无线方式传输信号。在此基础上,结合典型相关分析(canonical correlation analysis,CCA)与快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,FFT),提出了基于CCA-Wx-FFT的SSVEP特征提取算法,对采集器信号进行分析,以确保对机器人的精确控制。10名被试的测试结果表明,本系统获得了与高精度EEG设备相近的信号特征和控制准确率(92.6%vs 94.1%)。这一脑-机器人交互系统极大地降低了系统开发的成本,方便携带,易于扩展,对脑控的普及具有重要的应用价值。

基于动态词对齐的交互式机器翻译

在传统的机器翻译(machine translation,MT)与计算机辅助翻译(computer aided translation,CAT)中,译员与翻译引擎之间的交互受到很大限制,于是产生了交互式机器翻译(interactive machine translation,IMT)技术。但传统的模型只考虑当前源语与部分翻译的目标语的信息,没有将用户交互后的对齐信息加入到之后的预测模型中。该文基于词预测交互式机器翻译的研究思路,将用户交互翻译过程中的鼠标点选行为转化为中间译文的词对齐信息,进而在翻译交互过程中实现了对译文的动态词对齐标注,并在词对齐信息和输入译文的约束下提高了传统词预测的准确性。

利用句法信息改进交互式机器翻译

在很多领域中,全自动机器翻译的译文质量还无法达到令人满意的程度。要想获得正确无误的译文,往往需要翻译人员对自动翻译系统的输出进行后处理。在交互式机器翻译的框架内,翻译系统和译员协同工作,译员确认系统提供的译文中的最长正确前缀,系统据此对译文后缀进行预测,共同完成翻译任务。该文利用基于短语的翻译模型,建立了交互式机器翻译系统,并结合交互式机器翻译的特点,利用句法层面的子树信息来指导翻译假设的扩展。实验表明,该方法可以有效地减少人机交互次数。

人机交互中空间指令的特点及其与个人特质的关系

为探索人-机器人交互中空间指令的特点,及其参考框架偏好与空间能力、共情能力、社会技能等个人特质的关系,将102名大学生随机分为不同交互组(人/机器人),分析比较两组被试在完成一系列桌面任务时使用的空间描述类型、视角特征描述类型等方面的差异。结果显示:(1)空间描述类型偏好与具体的空间任务有关,但总体上被试偏好运用参考框架;(2)人-机器人交互中被试对机器人的心智判断,使两组空间指令存在一定的“合作者效应”;(3)总体来看,个人的空间能力与参考框架的运用有关,共情能力与观点采择有关。

基于双语短语约束的交互式机器翻译方法

交互式机器翻译(Interactive Machine Translation,IMT)是一种通过机器翻译系统与译员之间的相互作用指导计算机解码并改善输出译文质量的技术。目前主流的IMT方法使用译员确定的前缀作为唯一约束指导解码,交互方式受限,交互效率低。该文从交互方式和解码算法两个方面对IMT方法进行改进。在交互方式方面,允许译员译前从短语译项列表中为源语言短语选择正确译项。该文还提出了基于短语表的多样性排序算法,来提高短语候选译项的多样性,并根据译员的翻译认知过程设计交互界面,改善译员在翻译过程中的用户体验。在解码算法方面,将双语短语与前缀一同作为约束参与指导解码过程,提高翻译假设评价和过滤的准确性。在LDC汉英平行语料上进行了人工评测,实验结果表明该方法较传统的IMT方法能够减轻译员的认知负担,减少翻译时间,提升翻译效率。

基于CBE的交互式机器翻译方法研究

机器翻译是现代人工智能的重要目标任务之一,其技术多年来得到了长足的发展。通过计算机辅助教育(ComputerBased Education, CBE)完成交互式机器翻译也受到更多人的关注。文章概述了交互式机器翻译技术要理,基于短语模型的研究结果来构建交互式机器翻译系统,并对其中的改进优化技术进行详细的论述,以确保机器翻译的有效性和准确性。

以人为中心的人-机器人自然空间语言交互

为了实现人通过自然语言指挥机器人完成空间任务,本文基于“以人为中心”的研发原则,在分析人-人空间语言交互的认知机制和过程的基础上,提出了与人智能同构的机器人空间认知研发方案。强调机器人应当像人一样具有空间视角采择能力,能够视觉识别、听懂和表达各种空间参考框架,能够运用心理理论判断对方的意图并根据反馈及时调整交互策略。

中小学机器人教育的核心理论研究——论趣味交互型教学模式

在中小学机器人教学的理论与实践中,普遍认为机器人教学就是让学生设计和制作能够独立运行的机器人作品,而忽略了另外一种颇具寓教于乐意义的机器人联机交互系统。为弥补这一缺失,文章采用文献研究方法,结合机器人联机交互系统的特点,从输入、输出的角度刻画了机器人硬件端与计算机程序端的组成结构,并从作品功能和人机交互方式两个角度分析了其具体应用类型;以此为基础,结合项目教学模式,构建了一个兼具指导性与操作性的趣味交互型教学模式。实验研究表明,相比传统项目教学模式,趣味交互型教学模式能够明显改善学生学习机器人的态度及学生作品的完整性与交互性。

基于GOMS的趣味交互型机器人教学案例设计研究

机器人教育已经成为当今教育的热点话题,越来越多的研究者倾向于关注机器人教育的现状、意义、问题及对策。而本研究则以设计、开发及应用机器人教学案例为主,构建价格低廉、开源共享的Arduino机器人教学项目,并将GOMS模型引入趣味交互型机器人的教学案例设计及应用中,为趣味交互型机器人教学提供一种可参考的思路和方法。

面向共融机器人的交互意图理解与机器人主动舒适交互

与人共融的服务机器人工作在复杂的非结构化动态环境下,需要长时间与人共处并与多种对象进行交互,而其服务对象又大多未经机器人操作相关培训。因此,相比于现有服务机器人系统的孤立或单向交互模式,新一代服务机器人在非结构化动态环境的适应性、各类场景理解的准确性、人机交互的安全性与舒适性等方面存在更为严苛的技术需求与应用挑战。本文聚焦“高动态”“重交互”“强差异”和“难量化”人机共融复杂场景下的多模态感知、一体化理解、主动舒适交互与机器人行为评价等关键共性人机共融技术,讨论构建适用于与人共融的动态、不确定环境和非特定交互任务的机器人系统,以期逐步实现新一代服务机器人从被动避让到主动服务的实质性转变,推动先进机器人技术同现代服务业的深度融合。

基于激光SLAM技术的电力巡检机器人交互控制

提出基于激光SLAM技术的电力巡检机器人交互控制方法,利用激光SLAM技术在地图模型、运动学模型、里程计观测模型以及多传感器观测模型的基础上绘制机器人的巡检地图,通过Dijkstra算法根据巡检地图获得最短巡检路径,并采用DWA滑动窗口法对选取的巡检路径进行评分,选择评分最高的路径作为机器人的巡检路径,完成电力巡检机器人的交互控制。实验结果表明,所提方法的避障效果好、路径规划效果好、控制精度高。