[发明专利]基于人类行为识别感知的机器人人机动作交互系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于人类行为识别感知的机器人人机动作交互系统及方法，系统包括设置在机器人上的机器人感知和定位导航模块、数据库模块、策略模块以及监控与执行模块等。本发明的人机交互系统中，机器人具有沟通和协作的能力，能够根据人体的行为动作和表情进行感知决策，然后执行相应的动作完成任务；在执行任务的过程中，若人类行为突然发生变化，机器人中止本次任务，整个交互过程智能化，机器人的行动通过两个成本函数进行控制，更加精准。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于人类行为识别感知的机器人人机动作交互系统及方法。

背景技术

人机动作交互系统(Human-computer interaction，简称HCI)是研究人与计算机之间通过相互理解的交流与通信，在最大程度上为人们完成服务和处理等功能。当人和机器人处于同一个环境中并共同完成任务时，人身安全成为最大的担忧。在工业环境中，通过将机器人与人隔离，将安全问题降至最低。尽管机器人工作环境中无人值守解决了安全问题，但这种隔离意味着机器人与人之间缺乏交互。人机交互为机器人的技术带了新的挑战，尤其是服务机器人与人的互动时，需要理解人的行为且具有较强的适应性，以遵守社会的规则，例如机器人为人开门和递一瓶水等。当机器人与人合作完成任务时，遵守社会规则的行为显得更加重要。

目前，迎宾服务机器人通过显示界面或语言与使用者进行交互，主要在商场、车站和银行等公共场所提供简单的咨询服务，没有行为动作能力以及行为识别能力。现有技术中配送服务机器人按照设定的配送内容、时间、路线进行工作，期间利用视觉识别道路，利用超声波雷达实现避障。配送机器人也缺少识别人行为能力，只能点到点的工作，灵活性较差。

发明内容

技术目的：针对上述技术问题，本发明公开了一种机器人人机动作交互系统，其具有沟通和协作的能力，能够对人体的行为动作和表情进行感知决策，然后执行相应的动作完成任务，提高更准确的服务。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于人类行为识别感知的机器人人机交互系统，其特征在于，包括激光雷达测距模块、视觉检测装置、听觉检测装置、机器人感知和定位导航模块、数据库模块、策略模块以及监控与执行模块，其中，

机器人感知和定位导航模块，分别连接激光雷达测距模块、视觉检测装置和听觉检测装置，用于实现机器人对周边环境的建图、人体行为的识别以及路径的规划；即机器人通过激光雷达模块对自身所处环境进行检测并建立空间地图、通过视觉检测装置和听觉检测装置接收人体行为信号、以及根据监控与执行模块发出的指令进行路径的规划；

数据库模块，预先存储人类社会行为规则的数据，作为人机交互的先验信息；

策略模块，通过机器人感知和定位导航模块发送的信息，与数据库模块中的数据进行比对，获得认知结果，依据认知结果输出待机器人自主执行的行为决策；

监控和执行模块，用于向机器人发送执行指令并监控机器人当前的行为。

优选地，所述机器人包括执行器，执行器包括支撑机器人移动的移动底盘和与人类进物品传递的机械手。

优选地，所述监控和执行模块，还用于建立控制机器人的移动底盘的行为的第一成本函数f1(x1,y1,z1,theta)，以及控制机器人的机械手的行为的第二成本函数f2(x2,y2,z2,α,β,γ)，其中，x1，y1，z1表示机器人底盘的位置坐标，theta表示底盘的朝向；(x2,y2,z2)表示机械手末端的位置，α,β,γ表示机械手末端的姿态。

一种基于人类行为识别感知的机器人人机交互方法，应用于所述系统，其特征在于，包括步骤：

(1)机器人开机并完成初始化工作：利用通过激光测距雷达模块对目标区域进行检测并建立空间地图，并获取机器人自身在目标区域内的初始位置信息；