具有个性的服务机器人情感建模及决策方法

论文摘要

个性化服务是机器人领域研究的重点问题之一。赋予机器人情感,有助于进一步实现机器人服务个性化。让机器人模拟人类的心理进行行为决策,实现机器人智能性和自主性,是目前机器人智能行为决策领域中崭新的研究方向和热点问题。课题以人工情感理论为基础,构建具有个性的Cathexis(精神集注)情感模型以及情感决策模型,通过理论及实验对机器人情感建模与实现进行了深入研究,并奠定机器人在航站楼等公共场所和谐服务的前期基础。首先建立了融入个性的Cathexis模型。对个性空间和情感空间进行描述并以PAD空间为中间量建立二者之间的映射关系,提出了具有个性的Cathexis情感更新机制,进而构建了机器人情感系统。这种结构考虑了机器人个性和外界任务,以及Cathexis情感模型的情感产生来源的影响,使机器人在外界刺激下,情感变化更加自然,为后面的情感决策提供情感来源。实验结果也证明该情感模型的可行性,人类情感变化规律反应更合理。其次,提出了一种具有个性的机器人情感决策方法,并建立了情感决策系统。该系统基于上述情感模型,考虑了个性及任务要求。不同个性的机器人完成同一任务的行为不同,为此,分别定义了不同的行为,建立基本情感到基本行为的映射,利用人工神经元模型得到任意复合情感状态下的行为输出。在行为决策过程中使用了一种基于模糊数学格贴近度方法的情感分类方法,将情感大致分为两类积极的和消极的,使其大多数情况是积极的情感状态,其选择的行为符合任务要求。同时选择的行为在执行过程中也会受到情感的影响。这体现了情感不仅影响行为选择,而且影响行为执行的过程及力度。最后通过实验验证了所提模型和决策方法的合理性。以福牛机器人为实验平台进行交互实验,验证了这种方法的正确性和有效性。提出的情感机器人模型和决策方法,为自然和谐人机交互的进一步深入研究和实际应用提供了参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外机器人情感研究现状
• 1.3 待深入研究的问题
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 人工情感基本理论及模型
• 2.1 情感的心理学基础
• 2.1.1 情感的基本理论
• 2.1.2 情感的维度与两极性
• 2.1.3 情感表达
• 2.2 情感计算理论经典模型
• 2.2.1 基于认知的OCC情感模型
• 2.2.2 基于多机制的CogAff模型
• 2.2.3 基于人工心理学的情感模型
• 2.3 个性
• 2.4 本章小结
• 第三章 融入个性的Cathexis人工情感模型
• 3.1 个性的表示及个性空间的定义
• 3.2 情感的表示及情感空间的定义
• 3.3 PAD情感空间介绍
• 3.4 个性空间与情感空间的转换
• 3.5 机器人情感系统结构
• 3.5.1 机器人情感系统的体系结构
• 3.5.2 Cathexis模型
• 3.5.3 基于个性的Cathexis情感更新机制
• 3.6 实验及分析
• 3.6.1 实验平台介绍
• 3.6.2 实验结果及分析
• 3.6.3 与情绪心理学模型比较
• 3.7 本章小结
• 第四章 具有个性的机器人情感决策方法研究
• 4.1 机器人决策模式
• 4.1.1 传统机器人决策模式
• 4.1.2 智能机器人决策模式
• 4.2 机器人情感决策模型的建立
• 4.3 基于人工神经元模型的行为表达方法
• 4.3.1 人工神经元模型原理
• 4.3.2 基本情感行为合成模型
• 4.4 个性对情感决策的影响
• 4.5 情感决策实验与分析
• 4.5.1 实验设计
• 4.5.2 实验过程
• 4.5.3 结果与分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文