论文题目: 服务机器人多通道人机交互感知反馈工作机制及关键技术
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 赵其杰
导师: 屠大维
关键词: 服务机器人,多通道,人机交互,用户模型,交互协议,信息感知与反馈
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着老龄化人口数量的增加和护理成本的提高,用于照顾老年人、残疾人的护理服务机器人和康复机器人已经受到许多研究人员的重视。为了实现服务机器人与用户自然和谐的交流,在服务机器人的诸多关键技术中,信息感知反馈和与人的交互能力就尤为重要。当前的服务机器人信息感知和人机交互能力还比较初步,有待于进一步的提高和完善。本文针对老年人、残疾人等用户与服务机器人交互的特点,系统地研究了人机间信息感知和反馈机制,以及多通道人机交互方法,实现了一种具有多种信息感知与反馈功能的多通道自然人机交互系统。文中首先研究了“视觉-眼动”、“语音-听觉”、机械接触式通道等自然的人机交互效应通道,提出了几种效应通道主-辅协作的工作模式。通过几种效应通道的协作,减少了单个通道的工作负担,提高了交互的可靠性和工作效率。为了提高“视觉-眼动”交互通道对环境光照和用户头部位置变化的适应性。建立了一种适应环境光照变化的图像采集系统和图像二值化的阈值模型,并提出一种对用户头部位置变化影响的补偿策略和控制方法,改善了系统对用户头部位置变化的适应性。提出了一种基于Agent的自然和谐人机交互体系框架,建立了人机交互的用户模型与人机交互协议,根据人机交互协议的格式提出一种任务生命周期管理的任务进行管理方法,并用基于框架(Frame)的信息融合方法对不同交互通道表达的交互信息进行了语义层的交互语义融合。对以“人-界面-机器(人)”为基础的用户临场感进行了研究,提出一种多模式信息感知与反馈的体系和对多种通道反馈的交互语义信息进行融合的方法,增强了用户对系统反馈信息的感知和人机交互的自然和谐性。在建立的服务机器人与用户构成的“人—界面—机器(人)”实验系统中,用认知心理学的试验方法对人机交互界面进行实验研究,确定了适合不同用户(老年人、残疾人等)个性特点的人机交互界面;用人机工效试验方法对几种人机交互效应通道工效参数、以及工作模式作了实验研究,确定了几种效应通道工效参数的范围,验证了多种自然效应通道协作交互方法的有效性。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 服务机器人的研究现状
1.2 服务机器人的主要特征及关键技术
1.2.1 服务机器人的主要特征
1.2.2 服务机器人的关键技术
1.3 人与机器人的交流交互
1.3.1 人机交互效应通道
1.3.2 自然和谐人机交互方法及应用
1.4 本文的研究目的及内容
1.5 论文的组织结构
第二章 若干简单自然人机交互效应通道的研究实现
2.1 引言
2.2 视觉通道双向交互的研究实现
2.2.1 基于红外电视法的眼睛盯视输入方法
2.2.2 基于红外电视法的眼睛盯视输入传感模型
2.2.3 视线方向的判断和标定方法
2.2.4 眼部图像特征信息提取
2.3 语音通道双向交互的研究实现
2.3.1 SAPI 功能特点
2.3.2 语法的建立
2.3.3 设计实例
2.4 机械接触式通道双向交互的研究实现
2.5 几种效应通道协同工作模式探讨
2.6 本章小结
第三章 提高眼睛盯视输入人机交互的适应性研究
3.1 引言
3.2 系统对环境光照的适应性研究
3.2.1 系统硬件配置
3.2.2 图像处理自适应阈值模型
3.2.3 盯视输入对环境光照适应性的实验结果
3.3 系统对用户头部位置变化的适应性研究
3.3.1 头部位置变化对盯视输入的影响
3.3.2 对头部位置变化影响的补偿策略
3.3.3 用户头部位置变化的适应性实验
3.4 本章小结
第四章 自然和谐的人机交互
4.1 引言
4.2 基于AGENT的人机交互框架
4.3 人机交互系统中的用户模型
4.3.1 用户模型定义与分类
4.3.2 建立用户模型的方法
4.3.3 用户模型的建立
4.4 人机交互协议与交互任务进程管理
4.4.1 人机交互协议
4.4.2 人机交互任务进程管理
4.5 多种通道表达的语义信息的整合
4.5.1 信息整合方法
4.5.2 基于Frame 的交互语义整合
4.6 本章小结
第五章 以“人－界面－机器（人）”为基础的用户临场感研究
5.1 引言
5.2 人机信息感知与反馈
5.2.1 人机信息感知的特点
5.2.3 人机交互信息感知与反馈体系
5.3 视觉-语音-力觉信息反馈
5.3.1 机器视觉信息感知的几何模型
5.3.2 卡尔曼滤波理论
5.3.3 卡尔曼滤波状态估计
5.3.4 信息反馈实验
5.4 反馈信息的语义融合与用户感知
5.5 本章小结
第六章 自然和谐的“人—界面－机器（人）”交互实验系统的试验研究
6.1 人机系统结构组成及工作原理
6.1.1 人机系统结构及组成
6.1.2 人机系统工作原理及特点
6.1.3 执行机器人单元及其控制
6.1.4 其它交互外设
6.2 人机界面认知心理实验
6.2.1 人机界面
6.2.2 认知心理实验
6.3 人机工效实验
6.3.1 几种人机交互效应通道工效参数研究
6.3.2 几种交互效应通道及工作模式的工效试验
6.4 本章小结
第七章 工作总结与展望
7.1 工作总结
7.2 进一步研究工作的讨论
参考文献
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文及申请的专利
作者在攻读博士学位期间参加的科研项目
致谢
博硕士学位论文同意发表声明
发布时间: 2006-12-12
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