服务机器人动态认知机制研究与原型系统实验

老龄化正在给中国带来巨大挑战，而智能服务机器人在应对这一挑战中具有重要战略意义，被列入国家中长期科技发展规划纲要。服务机器人的主要作用是通过物理行动为人服务，因而与人和环境发生直接互动。与工业机器人不同，人-机器人互动是决定服务机应用性能的关键因素之一，近年来成为一个研究热点。在互动过程中，机器人通过人机交互和自身传感器获取用户需求以及相关的环境状态信息和背景知识，在此基础上规划自己的行为以完成服务任务。由于现实环境是动态变化的，用户意图也是不断更新的，因此服务机器人对环境和用户的认知也是动态变化的。本项目针对上述应用需求，尝试构筑一种认知状态变化的动力学模型，并研制一组配套技术，包括高效率任务规划、受控语言人机对话和场景信息感知，在课题组原有"可佳"机器人平台上，实现一个完整的智能服务机器人原型系统，能够理解和响应用户意图和环境状况变化，完成一定的服务任务，并可通过获取新知识解决新问题。

服务机器人需要具备较强的认知能力，能够适应环境、用户和任务的变化。本项目尝试构建一种智能服务机器人的认知动力学模型及一组配套技术，并进行原型系统实验测试。主要研究内容：（1）机器人认知动力学建模。定义了一种机器人认知动力学模型，形式化为一种因果多模态系统。研究了机器人认知状态变化的四个主要方面。（2）知识动力学：开放知识获取。知识动力学是内嵌于机器人各种认知动力学机制之中的一种内核性动力学机制。提出了一种“开放知识”技术路线，给出其体系构建及合理性、先进性和可行性论证。（3）开放知识转换与利用。用于将外源知识转化为机器人内部形式，并用于机器人问题求解。主要难点包括半结构化自然语言处理、多类型知识的综合利用及推理效率问题。（4）原型系统集成及整机实验。将大部分理论技术成果工程化，在可佳机器人上进行了系统集成，并完成了大量整机实验。此外还进行了机器人导览和导购示范应用。. 本项目获得的主要成果和荣誉如下：. 1. 提出“开放知识”技术路线，得到国际同行高度评价和重视：. - 2015年国际人工智能第一大期刊Artificial Intelligence第229卷发表国际家庭服务机器人十年总结文章，将“开放知识”列为二项主要的认知智能技术之首。. - IJCAI 2013论文评审意见：“我认为，获取外部知识问题将成为未来十年机器人领域的重要课题”； “从复杂性度量到规则抽取过程和规划算法，存在很多重要贡献的空间”。. 2. 进行了国内外迄今最大规模的机器人任务求解实验，实验结果表明，利用本项目的理论和技术，机器人能够借助于外源知识，显著提升完成用户任务的性能，如满足OMICS用户愿望的比例从不到1%提升到接近30%。. 3. 可佳机器人被国际人机互动主要期刊Journal of Human-Robot Interaction评选为“全球代表性工程”五个大型系统之一。. 4. 2013年获得第23届世界人工智能联合大会（IJCAI-2013）“最佳自主机器人奖”和“通用机器人技能一等奖”。. 5. 可佳机器人连续三年（2013~2015）获得国际服务机器人标准测试总分第一。