机器人交互技术(新工科机器人工程专业规划教材)

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第3章人与机器人交互框架 3.1交 互 模 式 分析人与机器人（HRI）交互模型有助于了解人机 系统的结构问题和人与系统交互的动态过程。人机交互 涉及人与机器人两个方面，对于整体人机交互系统的运 行过程，针对不同应用背景，机器人存在着多种输入输 出方式，任务执行的方式和效果也不尽相同，这就会形 成不同类型的交互系统（图31）。因此，有必要提出 用于人与机器人交互系统的通用模式或者框架，以便于 指导和评估一般性交互系统的设计。使用该交互模型能 够帮助我们了解在交互过程中究竟发生了什么，并且找 出产生困难的根源，更为我们提供了一个比较不同交互 类型和问题的框架。 图31人机交互系统 3.1.1Norman模型 目前，Norman提出的“执行评估”循环模型是人 机交互模型中最有影响力的，这个模型是通过人的目的 和机器人系统动作来描述整体交互过程（图32）。根 据我们对HRI的直观认识，人生成一个行动计划，然后 在机器人上执行，当这个计划或者它的一部分执行完成 后，用户观察机器人的输出，评估计划执行的结果，然 后确定下一步的行动。这个交互循环可以分为两个主要 阶段： 执行和评估。用户和系统描述领域和目标时使 用不同的术语——将系统语言称为核心语言，而将用户 语言称为任务语言。 图32Norman执行评估过程 进一步细分，Norman模型包含7个阶段，每个阶段 都是用户的一个动作（图33）： 图33Norman模型7个阶段 （1) 建立目标： 首先，用户建立一个目标。这是 用户需要做什么的一个打算，并且所使用的任务语言根 据应用领域来制定。 （2) 形成意向： 由于目标描述可能不精确，因此 将目标进一步翻译成比较明确的意向。 （3) 建立动作序列： 为了达到目标而要执行的实 际动作。 （4) 执行动作： 机器人系统执行动作序列。 （5) 感知系统状态： 人感知到机器人系统的状态 。 （6) 解释系统状态： 人解释机器人系统的状态。 （7) 评估系统： 对照目标和意向，评估是否满足 期望，不满足则用户重新建立新的目标，并且重复这个 循环，直到最终用户满足退出循环。 3.1.2Norman模型案例 设想人通过某种语音控制机器人系统实现对室内灯 光的控制，同时来评估整体系统的交互性能，图34描 述了基于Norman的交互系统评价过程。 图34Norman模型示例 （1) 建立目标： 在室内光线较弱的情况下，认为 需要亮一点才能看清书籍，也就是说，首先建立需要房 本书是新工科机器人工程专业规划教材，由哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室组织编写。