機(jī)器人隨著時(shí)代的洪流而至 學(xué)會了在多場景自動(dòng)規(guī)劃路徑的方法

無論是紐約市市長為了政治需要驅(qū)逐機(jī)器人的發(fā)言，還是海底撈機(jī)器人服務(wù)員的勤奮，不止一次的事件提醒我們，機(jī)器人隨著時(shí)代的洪流而至，作為被接受的人類，應(yīng)該去注意機(jī)器人與人在社交中的關(guān)系。服務(wù)機(jī)器人和移動(dòng)機(jī)器人正在逐步進(jìn)入許多人口稠密的環(huán)境，包括醫(yī)院，購物中心和人們的住所。為了使這些機(jī)器人與周圍環(huán)境中的人類互動(dòng)，他們（機(jī)器人設(shè)計(jì)者）應(yīng)該尊重與他人共享給定環(huán)境相關(guān)的許多潛規(guī)則。

國外就針對于此有相關(guān)的研究，例如考慮到這一點(diǎn)，內(nèi)華達(dá)州里諾大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一種非線性，多目標(biāo)優(yōu)化方法，該方法可以在移動(dòng)機(jī)器人中實(shí)現(xiàn)具有社交意識的導(dǎo)航。這種方法最早在2018年國際機(jī)器人與系統(tǒng)大會（IROS）上發(fā)表的一篇論文中有過概述，現(xiàn)在在arXiv上發(fā)表，它確保了機(jī)器人不會侵入周圍人的個(gè)人空間，同時(shí)還可以使人機(jī)更有效在幾種情況下的交互（HRI）。

?“這項(xiàng)研究最初是在我的主論文中對機(jī)器人和兒童進(jìn)行研究的一部分，后來發(fā)現(xiàn)其極具前景”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一David Feil-Seifer說。“早期的工作涉及為我們希望機(jī)器人與孩子互動(dòng)的環(huán)境開發(fā)機(jī)器人。在這種情況下，我們通過機(jī)器人路徑規(guī)劃中常用的指標(biāo)，使機(jī)器人走最“高效”的道路（以最大程度地減少時(shí)間）運(yùn)動(dòng)，使行進(jìn)的距離最小化，以及不會撞到任何東西?！?/p>

也是早先在先前發(fā)表在《人機(jī)交互》上的一項(xiàng)研究中，F(xiàn)eil-Seifer和他的同事試圖為兒童居住的環(huán)境開發(fā)機(jī)器人導(dǎo)航行為。試點(diǎn)工作表明，機(jī)器人可以有效地到達(dá)期望的位置而不會撞到任何東西，但是研究人員觀察到，兒童通常對機(jī)器人的反應(yīng)和觀感較差。實(shí)際上，實(shí)驗(yàn)中使用的機(jī)器人通常會遠(yuǎn)離兒童，并盡可能快地朝其期望的位置移動(dòng)。但由于這種行為，孩子們認(rèn)為機(jī)器人不想與他們互動(dòng)。

Feil-Seifer說：“我們觀察了機(jī)器人后發(fā)現(xiàn)，它并沒有真正改變?nèi)藗兊男袨榉绞剑皇菍W(xué)習(xí)吸收了社交信息，并利用它來幫助進(jìn)行路徑規(guī)劃和行為規(guī)避動(dòng)作?！?“因此，我們決定制作一個(gè)導(dǎo)航計(jì)劃器，該計(jì)劃器可以使用社交距離信息來執(zhí)行社交上適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)。”

在原先同一項(xiàng)先前的研究中，F(xiàn)eil-Seifer和他的同事使用一種稱為高斯混合模型（GMM）的簡單數(shù)學(xué)方法，把社會關(guān)系理解為簡單的線性數(shù)學(xué)模型，成功地使機(jī)器人確定了計(jì)劃的運(yùn)動(dòng)是否符合社會要求。在機(jī)器人可以使用簡單的線性數(shù)學(xué)模型輕松理解和表示社會因素的情況下，此方法效果很好。但是，由于大多數(shù)現(xiàn)實(shí)世界中的社交互動(dòng)都涉及多個(gè)難以在線性模型中擬合交叉的因素，這導(dǎo)致他們開發(fā)的簡單方法無法在不同的社交環(huán)境中很好地推廣，并且在許多情況下根本無法奏效。

因此，在他們的新研究中，研究人員決定更新他們先前開發(fā)的計(jì)劃程序，以優(yōu)化機(jī)器人的計(jì)劃動(dòng)作，并考慮到他們希望機(jī)器人考慮的，各種社會屬性之間的非線性關(guān)系。這涉及使用啟用了帕累托凹面消除變換（PaCcET）的計(jì)劃程序。

“我們方法的主要優(yōu)勢在于，它可以利用各種社會因素之間的非線性關(guān)系（例如，您在走廊上的位置，與其他人的關(guān)系，與目標(biāo)的距離等） 。），” Feil-Seifer說。Feil-Seifer和他的同事們將非線性優(yōu)化方法應(yīng)用于幾種情況，在這幾種情況下，機(jī)器人必須尊重社會規(guī)范，例如，不得侵犯人們的個(gè)人空間。他們發(fā)現(xiàn)他們的方法在許多情況下都很好用，包括在走廊，美術(shù)館或在提示時(shí)的互動(dòng)，會主動(dòng)禮讓和交互。

移動(dòng)機(jī)器人正在加入在門口場景前方形成的提示。傳統(tǒng)的計(jì)劃者生成紅色軌跡，將機(jī)器人引導(dǎo)到第一人稱（不適當(dāng)?shù)娜耍┡赃叺奈恢茫⑶袛嗑€。我們建議的方法是藍(lán)色軌跡，使機(jī)器人（適當(dāng)?shù)兀┘尤肷a(chǎn)線。?

Feil-Seifer說：“我們還沒有與其他具有社會意識的導(dǎo)航計(jì)劃者進(jìn)行直接比較；但這是為未來計(jì)劃的?！?“但是，與不考慮社交動(dòng)態(tài)的傳統(tǒng)計(jì)劃者相比，該機(jī)器人在走廊上經(jīng)過時(shí)會給人更多的空間，同時(shí)還能繼續(xù)朝著理想的目標(biāo)前進(jìn)。”

在最近的研究中，研究人員在模擬的PR2機(jī)器人的二維模擬中以及在先鋒3DX移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)實(shí)世界中評估了他們的方法。他們的發(fā)現(xiàn)表明，他們的方法可以處理涉及完整和非完整機(jī)器人的多種交互方案。

Feil-Seifer說：“實(shí)際上，這份初始論文證明了這種方法至少可以在模擬環(huán)境中起作用。” “后來的工作已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)世界和各種各樣的社會場景中證明了這一點(diǎn)，這些場景既考慮了其他人又考慮了與機(jī)器人交互環(huán)境有關(guān)的因素（例如，感興趣的地方，例如墻上的繪畫），這些因素也與人們的社會意識有關(guān)。 ”。

總體而言，F(xiàn)eil-Seifer和他的同事所做的工作突出表明，有必要開發(fā)工具以提高機(jī)器人的社會意識，以確保它們不會使人們感到不舒服，從而促進(jìn)他們?nèi)谌肷鐣?。將來，他們開發(fā)的非線性優(yōu)化方法最終可以簡化辦公室，醫(yī)院和其他各種環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人的使用。

“我們現(xiàn)在正在繼續(xù)擴(kuò)展我們的社交意識導(dǎo)航（SAN）計(jì)劃程序的功能，以包括更廣泛的社交互動(dòng)，以更好地了解社交環(huán)境，從而可以正確地確定要優(yōu)先考慮的目標(biāo)，并使系統(tǒng)發(fā)揮更魯棒，也有更大的作用?！?Feil-Seifer說?！拔覀冞€計(jì)劃研究社交感知導(dǎo)航對觀察交互的人們的直接影響以及它如何影響他們對機(jī)器人的感知，因?yàn)檫@將有助于驗(yàn)證社交感知導(dǎo)航的必要性。”