基本信息
- 项目名称：
- 基于情感计算的航站楼服务机器人交互系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对现有服务机器人的服务效果生硬且人性化效果不佳的问题，研究基于人工情感的机器人服务功能及实用系统。通过设计机场航站楼服务机器人交互系统，着重提升机器人在人机交互中的具有情感的表现，使其服务更加人性化，从而改善旅客候机环境、提高民航机场服务质量。
- 详细介绍：
- 基于情感计算的航站楼服务机器人人机交互平台的设计主要分为以下四个部分： （1）建立融入态度的人工情感层次计算模型。针对航站楼服务机器人的服务智能，设计一种融入态度的情感层次模型，把机器人的情感分为态度，心情，情绪三个层次.情绪层采用OCC模型对外界信息进行认知评价，映射到PAD情绪空间，构建情绪刺激向量；心情层基于“心情基线”，随情绪和态度的影响不断波动；态度层由机器人对交互对象的熟悉度和喜好度决定，机器人在每次交流过程中通过评价交互效果进行学习并更新对交互对象的态度.态度层是层次模型的核心层，它的引入使机器人的情感表达和行为决策根据不同的交互对象而表现出不同的形式.另外，本模型考虑了机器人的个性因素，不同个性的机器人对相同的外界情绪刺激或相同的交互对象呈现出不同的情感表现。 （2）融入情感的人机交互内容设计航站楼服务机器人工作在航站楼内，主要目的为满足旅客的出行需求，针对机场环境特点及分析旅客出行习惯和机场的业务流程为航站楼服务机器人设计功能。包括乘客引导、自助值机、娱乐交互和信息查询。 （3）情感模型输入输出模块设计输入输出模块包括以下五个部分：人脸识别、语音识别、行人跟踪、语音合成、机器人运动控制。 （4）机器人虚拟形象实现，根据情感模型的心情输出结合表情合成方法，实现机器人情感表达。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 基本思路： 第一步：针对航站楼服务对机器人的特殊要求，研究融入态度的层次计算情感模型建模方法； 第二步：把融入态度的层次情感计算模型融合进航站楼服务机器人的信息查询，娱乐交互等基本服务功能之中； 第三步：为机器人设计合适的情感表达方法，包括屏幕输出，语音输出，动作输出等方式。 创新点： （1）提出了适用于航站楼服务机器人的融入态度的层次情感计算模型及情感识别与情感表达方法，使机器人具有情感，融入情感的航站楼服务机器人在为人们服务时具有更高的拟人化程度。 （2）集成了人脸检测，语音识别，语音合成，行人跟踪，信息融合等前沿技术。 （3）融合虚拟人技术，为机器人设计虚拟形象。 技术关键： （1）适用于航站楼服务机器人的层次情感计算模型的建立。 （2）把服务内容融入层次情感计算模型当中。（3）情感模型输入模块和输出模块的设计，包括人脸识别、语音识别、语音合成、行人跟踪、机器人运动控制等算法设计及编程实现。 （4）虚拟形象的实现。 技术指标： （1）机器人能够根据任务完成情况以及当前心情表现基本情绪。 （2）机器人通过情感模型与人交互的反应时间小于100ms。 （3）针对不同环境刺激，机器人做出正确行为表现概率达到95%以上。
科学性、先进性
- 科学性： （1）符合人-人交互的规律 航站楼服务机器人将在满足航站楼服务的前提下根据不同的人，不同的环境刺激更新自身的情感，做出不同的反应。此种设计符合人-人交互的规律。 （2）满足人性化服务和和谐交互的需求 融入情感的服务是达到人性化服务的必要途径。而为了使机器人摆脱传统机器人生硬、机械的服务方式，进行情感建模是必要的。 先进性： （1）融入层次情感计算模型 目前传统服务机器人的服务方式主要包括：信息查询、人机互动游戏等。而本设计基于情感计算的最新研究成果，旨在使机器人拥有类人的情感，进而融合各种服务功能，包括乘客引导、自助值机、信息查询、娱乐交互等。 （2）结合虚拟人技术 虚拟形象将扮演交流对象的角色，表现出不同的情感，使人们真切的感觉到不是与一台冷冰冰的机器进行交流 （3）实现乘客引导和自助值机 机器人可以为旅客引路，驮运行李，并且可以帮助旅客值机，以达到更加人性化的服务效果。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年第十二届天津市挑战杯决赛特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 系统优势： 情感计算的引入将使航站楼服务机器人的人机交互系统所有服务信息经情感模型处理之后展现给旅客，具有更高的智能化和更好的人性化服务方式。设计借鉴了情感机器人和社交机器人的设计理念，将使人机交互更加和谐。 应用前景： 随着机器人逐渐走入人类的生活，个人服务机器人不再是梦想，而如何开发出一个通情达理，知冷知热的类人的机器人是智能机器人领域的一个重要研究方向。本作品以航站楼公共服务作为应用背景，还可以扩展到以下方面： a、家用机器人以后的家用机器人不仅仅可以作为娱乐伙伴，更可以作为家庭网络、家庭安全系统的接口，可以照看老人，小孩，与远程医疗系统及残障人士照看系统连接。 b、保健和护理机器人将智能情感界面引入远程家庭医疗保健设备，将会改良情感状态的评定和监测，病人的情感水平风险将根据个体情绪或全面总体情绪来评定并进行客观的监控。 c、教育教学机器人情感机器人可以作为学习伴侣，帮助儿童专注于一个学习任务，实时反应儿童的情感状态。
同类课题研究水平概述
- 目前，已有日本和韩国对机场服务机器人有相关报道。2009年3月，日本安川电子株式会社开发的服务机器人RoboPorter已在北九州机场开始测试，如图5所示，其可以为旅客搬运不超过20kg的行李到任何编程的目的地，最高时速为2.16km。旅客还可以拿起机器人上的电话麦克风与其进行语音交流，查询机场周边的一些信息。位于日本大阪附近的关西国际机场从2005年10月份起开始为期4年的机器人帮助旅客试验，共有20台不同机器人参与试验。有的机器人不仅能帮助残障人或不熟悉机场的人，还能帮助老人办理海关手续；有一种机器人会朗读旅客的机票，并带领其到需要的登记台前；还有一种机器人能起搬运工的作用，可以独自将手提箱从汽车停车场运送到行李移交地点。参与试验的公司准备确认机器人的安全性能，根据测试结果调整它们的工作。工程师们希望做到，即使是在客流高峰时间，机器人在移动中既不会与旅客相撞，也不会与其他机器人相撞。整个系统在2009年进入运行阶段，但目前还没有相关运行报道。 韩国机场公社2006年称：“无所不在（Ubi Quitous）”机器人，将在金浦机场国内航线，向旅客提供各种机场信息服务，如全国各机场的航班时间、交通工具介绍，以及便利设施的位置介绍等。即将在金浦机场服务的4台机器人还会提供天气、新闻、生理功能节律、人体脂肪测定等生活服务。机场公社表示，机器人能够自行移动，利用声音和简单的手势向旅客打招呼，还会摆出造型陪同旅客拍纪念照。机场公社有关负责人表示，在推出此项Ubi Quitous机器人服务的同时，将会继续开发和提供利用IT的机场服务，展现与“无所不在”社会相符相称的“u－机场（u—Airport）”。 国内关于机场服务机器人也已经有相关报道，上海交通大学2006年4月已经宣布开始机场服务机器人的研究，但未见现场测试及实际应用的相关报道。 综上所述，国内外都在进行机场服务方面的机器人研究与探索，并取得了一定的进展。航站楼服务机器人已经从理论研究逐步向实用化方向发展，在信息咨询、旅客引导、移动监控及候机氛围的改善等方面发挥重要作用，但是，上述几款已经推出的服务机器人均未加入情感的影响，作为人工智能领域的最新研究方向，人工情感的引入将使服务机器人向着更高的智能化，更好的人性化的方向发展。
