导　　师： 肖南峰

学科专业： H1203

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 人类长期以来一直梦想造出像人一样的机器，能够代替人去从事各种工作，成为人们日常生活中的亲密伙伴，甚至人们可以将其作为人类社会的一部分，能够像与人一样的与其进行交流。随着科学技术的发展，机器人日益走入我们的工作和生活，具有拟人外部特征的仿人机器人更是得到了迅猛发展和受到了人们的喜爱。近年来，仿人机器人已经从单纯的模拟人的外貌、动作、行走和语音逐渐向具有人的情感、交流、娱乐性、智能方向转变，具有良好的交互能力对仿人机器人来说越来越具有重要意义。 论文工作主要围绕仿人机器人与外部环境交互所涉及的一些关键技术进行展开，从机器人的视角出发，着重分析了仿人机器人及其与外部环境交互的特点，在机器人感知性能的提高和控制方法、基于上下文感知及多因素影响的智能交互的建模、情感和个性对交互的影响、以及对交互行为的学习算法等方面展开了研究。 本文的主要工作成果及创新点如下： 1．针对仿人机器人在感知环境时面临的挑战，提出一种基于选择性注意的感知方法，为后续的高层交互认知处理奠定基础。方法首先扩展了注意窗口的内涵，给出了一个更广泛和通用的定义，有利于感知系统处理多种感知信息。探讨了四类窗口操作函数，研究了窗口在函数作用下的状态变迁。研究了分心信息和分心信息抑制在机器人感知中的内涵和应用，探讨了分心信息抑制对感知性能的影响，它被用来过滤大量的无关信息，并分析了感知成本的降低。介绍了将基于意图的感知目标选择和分心信息抑制集成起来的注意控制策略。最后讨论了感知性能的进一步调优，即通过注意策略对注意参数的调节来控制感知效率。实验结果验证了所提方法的有效性，机器人的感知效率得到了很大提高，感知成本得到有效控制。 2．针对仿人机器人与外部环境交互时注意焦点的切换和注意控制的问题，提出了一种基于情感和个性的注意控制方法。在基本信息单元的定义上，考虑了多种因素对注意的影响，如多个情感状态、个性和时间等，提出采用综合注意强度来描述机器人对事物的注意程度，从而有利于机器人作出更精确的注意切换决策。引入注意资源理论来指导机器人对注意资源的分配和回收。分析了情感状态影响交互行为的机制，即可以通过修改注意参数来中断当前的认知过程并切换注意。情感状态被视为机器人的注意切换模式和调整机制，通过对注意资源的管理和修正从而影响到机器人的行为。分析了个性在注意控制中的作用，它决定了注意控制的总体特征，并为创建不同个性特征的交互机器人打下基础。最后的实验结果验证了本文所提方法的合理性和有效性。 3．仿人机器人与复杂环境的交互对其智能性和交互的自然性提出了较高的要求。在交互过程中，机器人需要对环境和自身状态具有一定的理解，清楚用户的偏好、习惯以及交互历史，以提供个性化和前摄性的服务，还要有一定的情感处理能力，这就要求综合考虑多个因素及其相互影响。因此，提出一种基于上下文感知及多因素影响的人机交互模型。分析了上下文在人机交互中的作用，介绍了基于上下文感知的交互行为及其控制，详细讨论了交互模型的构成、各个因素模块之间的相互作用及对交互的影响、交互过程的状态控制、以及交互过程中注意和情感机制的集成等。讨论了情感和个性因素对交互过程的影响，并赋予机器人交互过程中的个性特点。 4．为了赋予仿人机器人一定的适应和学习能力，提出了具有一定适应性的交互行为的学习算法，包括对上下文相关慎思行为和触发行为的学习算法，能够根据交互反馈来调整自身的知识库和行为能力，并从交互过程以及以往的交互经验中学习新的规则，以使得机器人可以在一定程度上通过与环境交互来逐渐发展它的认知技能。 5．根据本文的研究成果，设计并实现了一个交互头部机器人系统原型ihs，介绍了ihs的硬件组成和结构，详细讨论了ihs的行为设计，包括基础动作、基本交互行为、上下文命令、触发行为等，并在此基础上通过接待服务场景描述了各个交互行为的集成以及情感和个性因素对交互过程的影响。从实例研究可以看出，各个层次的行为划分比较清晰，通过优先级的合理设计，各种交互行为可以较好的配合，从而实现机器人与环境和人的平滑、自然的交互过程，同时在交互过程中，机器人可以表现出一定的情感和个性特征，使得机器人在一定程度上具有与人类似的情感行为特征。

关 键 词： 仿人机器人 选择性感知 智能交互 智能机器人

分 类 号： [TP242.6]

领　　域： [自动化与计算机技术] [自动化与计算机技术]