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1、 機器人交互（RHI）歷史及發(fā)展簡介周佳齊機器人交互（RHI）歷史及發(fā)展簡介1.智能人機交互（ HRI ）領域概略2.智能人機交互的早期歷史3.智能人機交互作為一個獨立領域被研究4.怎樣定義一個HRI問題5. HRI里的問題域6.智能人機交互的挑戰(zhàn)與解決方案、途徑7.與其他領域的聯系8.總結1.智能人機交互（ HRI ）領域概略一、智能人機交互（ HRI ）是一個理解、設計、評估機器人的使用及與人之間的互動的一個領域。二、分為遠程交互與近程交互。三、鄰近的交互可以包括物理性交互、社會性交互（包括社會，情感和認知方面的相互作用）。在社會交往中，人類與機器人作為同行或同伴生活。四、智能人機交互（

2、HRI ）是一個新領域，需要很強的工程能力與跨學科的交叉合作方法。2.智能人機交互的早期歷史一、人類對機器人的概念，早在幾個世紀前的宗教，神話，哲學和小說中就存在了：（1）達芬奇在1495年勾勒出了一個機械人。（2）古希臘詩人荷馬的長篇敘事詩伊利亞特中的冶煉之神瘸腿海倍斯特司，就用黃金鑄造出一個美麗聰穎的侍女。（3）西周時期，能工巧匠偃師研制出了能歌善舞的伶人。.2.智能人機交互的早期歷史二、阿西莫夫定律是為HRI的第一個設計師的指導方針： 第一、機器人不得傷害人類，或看到人類受到傷害而袖手旁觀；第二、在不違反第一定律的前提下，機器人必須絕對服從人類給與的任何命令；第三、在不違反第一定律和第二

3、定律的前提下，機器人必須盡力保護自己?！傲愣伞?機器人必須保護人類的整體利益不受傷害整體來說，這個定律很難實現，阿西莫夫自己也承認不太可能，只有在規(guī)則推動智能的情況下可能實現，但也會出現難以解決的悖論；而以神經網絡的方式所實現的智能目前認為不可能用此定律進行約束。2.智能人機交互的早期歷史另一個科幻作家羅杰克拉克在一篇論文中還指出了三條潛在的定律：元定律：機器人可以什么也不做，除非它的行動符合機器人學定律。此定律置于第零、第一、第二、第三定律之前。 第四定律：機器人必須履行內置程序所賦予的責任，除非這與其他高階的定律沖突。 繁殖定律：機器人不得參與機器人的設計和制造，除非新的機器人的行動服從

4、機器人學定律。2.智能人機交互的早期歷史1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人?，F有的機器人差不多都采用這種控制方式。第一個突破，基于行為的機器人技術突破整體集中式系統(tǒng)的反饋循環(huán)，而是采用分布式反饋循環(huán)，對外界刺激作出適當反應。這些分布的響應的組合可以產生非常復雜的反應行為，環(huán)境變化有相當的魯棒性。第二個突破，混合架構的出現，這些架構允許機器人同時擁有基本行為反應與復雜和持久的高級別認知推理與人類互動。仿人機器人：自主機器人具有擬人化的尺寸，

5、模仿類似人類的行為，包括自主運動和人類類似的推理，也被稱為人形機器人。在這方面的工作已經持續(xù)了超過十年，并正在迅速升溫。2.智能人機交互的早期歷史2.智能人機交互的早期歷史RobonautRobonaut是美國航空航天局(NASA)和通用電氣聯合開發(fā)的一種航天機器人，這種機器人將主要用于航空作業(yè)以及汽車制造業(yè)。Robonaut被設計成一種具用先進的機械控制技術，靈敏的傳感器和視覺技術的未來機器人。它擁有一雙像人類一樣靈活的手臂，“雙手”能應付各種復雜的操作，這種特殊的機器人未來將取代航天員完場艙外的航天作業(yè)任務。國外媒體報道，2010年9月，國際空間站將迎來歷史上首位機器人成員。該機器人成員的

6、主要工作任務在于執(zhí)行國際空間站中危險及重復的太空作業(yè)，以節(jié)省人手和時間使得空間站的其他宇航員可以從事其他太空研究工作。機器人的早期工作中，人類與機器人的交互有兩種范式：控制操作和監(jiān)控。與一個完全自主的機器人的交互可能包括高層次的監(jiān)督和指導，提供目標和維護機器人的知識世界，任務和它的約束。2.智能人機交互的早期歷史3.智能人機交互作為一個獨立領域被研究始于20世紀90年代中期和2000 早期發(fā)生在這個時間段的關鍵事件眾多，多學科的研究方法是出現這些事件的催化劑，研究人員開始從機器人，認知科學，人為因素，自然語言，心理學等學科角度研究人機交互，開始認識到跨學科合作的重要性。國際人工智能協會AAAI

7、、 IEEE、機器人與自動化ICRA 4.怎樣定義一個HRI問題HRI的問題是要了解機器人與一個或多個人類或一個或多個機器人之間的交互。評價指標的好壞，及其設計技術和相關實施過程是HRI的重要組成部分。工作本質上是跨學科的，需要認知科學，語言學和心理學，從工程設計，數學和計算機科學方面的知識，并從人因工程方面設計。本質上說，設計者可以影響會影響人類和之間的相互作用五個屬性：（1）行為的自主控制程度。（2）信息交互的情況。（3）協作團隊的情況。（4）人與機器人的培訓，學習，適應。（5）任務塑造。4.怎樣定義一個HRI問題（1）行為的自主控制程度：1 。電腦沒有提供任何協助。2 。計算機提供了一套

8、完整的行動方案，包括所有方法。3 。電腦縮小了方案規(guī)模到幾個最佳選擇之中。4 。電腦提示具體的動作。5 。如果人批準，計算機自動執(zhí)行操作。6 。電腦讓人在有限的時間之前否決方案，否則執(zhí)行。7 。電腦會自動執(zhí)行，然后自動告知人們具體的情況。8 。自動執(zhí)行后，只有當人問起的時候電腦才會通知人。9 。自動執(zhí)行后，只有當它決定了應該通知人的時候才會通知人。10 。計算機自主決定一切的行為，忽略人的干涉。4.怎樣定義一個HRI問題自主控制程度：最高目標是能夠完全對等合作交流的伙伴關系。4.怎樣定義一個HRI問題自主控制主要使用控制理論技術，也包括人工智能，信號處理，認知科學和語言學等方面的技術。感知 -

9、 計劃 - 行動模式：雖然這種模式一直受到很多批評 ，有些批評是正確的，但大部分的批評是由于初期機器人的硬件限制，而不是模型本身的缺陷。這個模型通過人工智能技術，例如邏輯和規(guī)劃來進行計劃行動。該模型還可以結合控制理論，已經非常成功在航空，航天，導彈控制等領域使用。感知 - 思考 - 行動模式：低級別的反饋行動與較高級別的推理相分離，這種混合體系結構的形式化框架被稱為智能控制理論 。已經能夠產生出自主控制，真正有用的活動人形機器人。機器人控制算法的進步，傳感器，傳感器處理以及推理算法的進步，包括信念 - 愿望 - 意圖架構的出現，將會推動下一步的自主控制出現。4.怎樣定義一個HRI問題（2）信息

10、交互：自主是HRI所需討論的一部分，另一部分是采用何種方式進行信息交互。有一個指標用以衡量人類和機器人之間的交互效率：所要傳達的意圖正確傳達給機器人的時間決定信息的方式兩個主要維度：通信媒介與通信格式4.怎樣定義一個HRI問題初級通信媒介是視覺，聽覺，和觸覺。這些媒介在HRI中表現如下：【1】可視化顯示，通常呈現為圖形用戶界面或增強現實接口?！?】手勢，包括手和面部動作和意圖運動的特征?！?】語音和自然語言，其中包括聽覺，語音和基于文本的應答，并且一般情況下著重于對話和多重互動。語音和自然語言為基礎的交流可以嘗試支持全自然語言，或者可以限制為自然語言的一個子集?！?】非語音音頻，經常使用在警報

11、上面。【5】物理相互作用和觸覺，經常使用遠程在增強現實或遙操作來調用感尤其是存在于遙操作任務，并且還經常使用近因促進情感，社會和輔助交流。4.怎樣定義一個HRI問題（3）協作團隊的情況。一個重要的組織問題是，誰有權做出某些決定：機器人，接口軟件，或者是人類嗎？另一個重要的問題是，誰有權發(fā)布不同級別（決策，方法或實施）的指示或命令來讓機器人進行實施？第三個重要問題是如何解決沖突，特別是當機器人在同多個人進行交換的情況下。第四個問題是，如何定義和支持一個合適的角色：機器人應當是作為同行、助理而行動，或作為從屬機器并服從另一個機器人/人的指令，或者是完全獨立行動？4.怎樣定義一個HRI問題（4）人與

12、機器人的培訓，學習，適應。對機器人的訓練中，應當盡量減小人類的參與量。要適應相互合作，對雙方的學習和適應都是必不可少的。并且有越來越多的證據表明，許多長期的相互作用需要長期的相互適應。機器人通過觸發(fā)正確的心智模式的行為和眾所周知的隱喻，例子包括經常提到的一些常識，來達到心理交互的層次。恐怖谷理論：恐怖谷理論是一個關于人類對機器人和非人類物體的感覺的假設。它在1970年由日本機器人專家森昌弘提出，當機器人與人類相像超過95%的時候。森昌弘的假設指出，由于機器人與人類在外表動作上都相當相似，所以人類亦會對機器人產生正面的情感；直至到了一個特定程度，他們的反應便會突然變得極之反感。哪怕機器人與人類有

13、一點點的差別，都會顯得非常顯眼刺目，讓整個機器人顯得非常僵硬恐怖，讓人有面對行尸走肉的感覺?？墒牵敊C器人的外表和動作和人類的相似度繼續(xù)上升的時候，人類對他們的情感反應亦會變回正面，貼近人類與人類之間的移情作用。也許正因為如此，許多機器人專家在制造機器人時，都盡量避免“機器人”外表太過人格化，以求避免跌入“恐怖谷陷阱”。/20100326/n271103057.shtml/d/2006-08-03/16281069586.shtml/2006/08/11/china-first-beauty-robot4.怎樣定義一個HRI問題2006 06 20104.怎樣定義一個HRI問題（5）任務塑造。

14、指定一個任務是如何完成的，包括它應該怎么做，如何判斷任務完成，包括考慮意想不到的后果。這些過程包括目標導向和任務分析。5. HRI里的問題域機器人可以擔當的角色：監(jiān)督者，操作者，機械合作者旁觀者。能夠承擔的工作：協助盲人，和治療老年人，機器人導師，自閉癥兒童，社交互動，軍隊和警察，搜索和營救，機器人宇航員，娛樂機器人等等?；救四茏龅氖滤鼈兌寄茏?，某些人不能做的事它們也能做。/d/2011-03-03/08465240156_2.shtml5. HRI里的問題域6.智能人機交互的挑戰(zhàn)與解決方案、途徑一個重要的領域是依靠多個學科的專家的合作。這些學科通常包括機器人技術，電氣和機械工程，計算機科學

15、，人機交互，認知科學和人因工程。其他相關學科包括組織行為學和社會科學。第二個新興的領域是創(chuàng)建真正的系統(tǒng)（機器人的自主性，交互模式等等），然后實驗以人類為對象評估這些系統(tǒng)。工程，評估和建模是主要方面。第三個新興的領域是進行實驗，其中包括一個精心策劃的模擬過程和結果。第四個領域是建立標準和通用指標。6.智能人機交互的挑戰(zhàn)與解決方案、途徑人形機器人是一個挑戰(zhàn)區(qū)，無論是在工程方面類似人類的動作和表情，并且機器人需要一個人形。因此互動的社交和情感方面變得極為重要。自然語言交互是一個挑戰(zhàn)問題，不僅因為它需要復雜的語音識別和語言的理解，而且還因為它不可避免地包括mixed-initiative問題的相互作用

16、，多模態(tài)相互作用，和認知模型相互作用。7.與其他領域的聯系現代飛機是最有能力的半自主系統(tǒng)，未來無人機系統(tǒng)將成為主流。智能車輛系統(tǒng)人機交互（HCI ）人工智能與控制論：HRI經常使用的人工智能概念的自主設計算法。此外，人工智能技術已經學習并融合一些認知科學的概念。例如， ACT- R系統(tǒng)，一個流行的建模認知工具，采用人工智能的產生式規(guī)則。這種認知模式已日益成為對有關HRI 進行建模的工具和生成機器人的行為的基礎。ACT-RACT-R（Adaptive Control of ThoughtRational） 是象征的認知架構，它已經被廣泛使用來模擬人類認知行為的不同方面。ACT-R 已經被使用來研究人類性能的不同的方面包括感知和注意力、學習和記憶、問題解決和做決定、語言處理、智能代理、智能輔導系統(tǒng)、人類計算機交互。ACT-R 能夠在很多不同的方面與 SOAR, DUAL, EPIC, Psi, Copycat 和包容架構相比較。 ACT-R是一種認知架構，用以仿真并