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“机器人迟钝一点，会更有人情味”，迪士尼提出新型人机交互系统

百家作者：人工智能学家 2019-11-24 10:08:20

来源：机器人大讲堂

导读

打篮球时，当球向你飞来，你总会下意识地或者说有意识地伸手去接住球。生活中，有人递给你一个东西时，你也会伸手去接住，礼貌或者仓促地。那么在如今拟人机器人越发“聪明”的时代，机器人开始与人类直接互动，越来越多地参与我们的日常社交活动互动——作为帮手、同伴和照顾者。这意味着机器人不仅需要安全和具有功能，而且要与人类正常和预期的行为一致。

机器人“拟人化”能够给我们带来更好的使用感受。也因此，人与机器人之间的交互成为了诸多研究所的研究主题。现在，迪士尼研究所提出了一种具有机器人特征的快速、可靠地移交东西的系统，并带来了一项调查机器人速度和反应时间对感知交互质量的影响的用户研究。并以《Fast Handovers with a Robot Character : Small SensorimotorDelays Improve Perceived Qualities》为题发表。

机器人与人的移交交互已经在机器人技术文献中得到了极大的关注。现在的技术水平已经能够将从人与人之间交互的数据模型应用在机器人系统上。有些工作考虑了人到机器人的切换或双向交互；有的已经考虑了切换系统故障的稳健性；有的机器人装有物体加速度感测装置，以便机器人可以在移交过程中重新抓住掉落的物体；还有的将视觉加入了其中，研究了凝视在移交交互中的作用，表明如果机器人将其凝视用作对用户的提示，则移交性能将得到改善。那么这次迪士尼带来的移交交互系统有什么特殊之处呢？

为了帮助将机器人视为一个“人”，实验团队创建了一个具有躯干、手臂和头部的机器人，头部是一个卡通熊头。

该系统使用了水平安装的KUKA LBR iiwa 7 R800机器人来组成机器人的肩膀和右臂。机器人有着不同的关节，扮演着肩膀、肘部这些部位，“躯干”穿着衬衫，以增强角色交接的感觉。实验团队使用了Pisa / IIT软手，这是一种软且驱动不足的手，但具有单个激活的自由度。手具有五指拟人化设计，增强“拟人化”的感觉。此外，它的柔软性允许手在物体的位置变化很小的情况下稳健地抓握。为了增强交互的感觉，机器人倾斜了头部以看上去在看着物体。关节2使角色的右肩膀向前倾斜以移至更远的切换位置，即超出其右肩膀的指定半径，或者如果位置太近则向后倾斜。解析逆运动学求解器可以帮助掌握剩下关节的自由度，以此来保持肘高尽可能低。

（Pisa / IIT软手）

移交实验过程中使用直径为30cm的环形物体。机器人可以很容易地从一定范围接近物体，它还使人与机器人手保持距离，消除了潜在的干扰并提高了安全性和准确性。

该实验内容很简单，就是人将物体递给机器人，机器人识别到，移动手臂到达移交位置，然后抓住物体，并移动手臂回到原来的位置，然后再由机器人将物体移交给人类。

移交交互由混杂自动机确定，所以该系统具有一定的鲁棒性。比如说：如果在移交物体过程中，机器人将要抓到物体的时候，我们将物体移动了一段距离，机器人将会再次尝试抓取。

而且，如果我们使坏，机器人抓住后，我们不松手，机器人是不会轻易强行带走物体的，它会耐心的等待我们松手。

当机器人向我们递交东西时，它会判定当人的力量达到一定的值后再松手。可以说十分贴心。

做到上面这些就行了吗？好的合作是需要流畅性的，迪士尼研究所还做了一个机器人反应时间和移动速度对移交交互影响的实验。

以3*3的模式展开，反应时间分为“long delay”、“short delay”、“no delay”三组，速度分为“slow”、“moderate”、“fast”三组。来自华特迪士尼幻想工程公司的员工的18名参与者（9名女性，9名男性）年龄在21-41岁之间参与这项了研究。

在试验开始时，实验人员口头告知参与者从摇篮中捡起物体并将其递给机器人。然后，机器人取回该物体，使手臂回到静止姿势0.5秒钟，然后继续将物体交还给同一位置的参与者。参与者取回该物体并将其放回摇篮，从而结束试验。

通过实验，研究人员得出：适当的延迟通常是有益的，延迟时间越长，机器人越让人感觉不温暖，不延迟时间，机器人会让人感觉不舒服。如果在移交过程中机器人速度高于人类速度，我们感觉到的不适感会增加。

当然，实验中，研究人员还发现，虽然我们的机器人移交系统能够匹配人得移交速度，但是还存在一些问题。例如：人能够很容易看穿机器人的动作，但机器人在这一方面还很迟钝，而且，人会经常调整移交物体的位置，还有人的手能够比此实验使用的机器人手闭合得快得多。原因之一是人的手到达物体之前开始合上手。不幸的是，预闭合单自由度的手会降低执行器的鲁棒性，所以目前来说更快的软机器人手将是将来工作的有用补充。

更明显的实验结果见视频：