【正文】 生人進入家中的時候，機器人還能夠把這些人的照片并傳送出報警信。 美國 IRobot公司在開發(fā)出了一款遠程監(jiān)控機器人 ConnectR，如圖 13所示。主人不在家中時可以過ConnectR機器人監(jiān)控家居環(huán)境，與家人進行視頻通話。 4 圖 11 日本 NEC 開發(fā)的 “PaPeRo” 圖 12 韓國 SK 公司 開發(fā)的 “Mostitech” 5 圖 13美國 IRobot公司開發(fā)發(fā)的“ ConnectR” 另外日本、美國、英國、韓國、德國、意大利、俄羅斯、新加坡對于娛樂機器人也進行了大力的研究，并成功的制作出了個嚴格娛樂機器人。就目娛樂機器人前而言，日本和韓國占據了優(yōu)勢。 家庭機器人在國內的發(fā)狀 我國的服務機器人研發(fā)較韓國、美國、日本等國家的研發(fā)速度較慢。 2020年以后我 國的家庭服務機器人技術才基本成型。目前，我國自主研發(fā)的服務機器人主要有工業(yè)機器人、安保機器人等。 95年清華大學自主開發(fā)了一個以高位截癱人員作為護理對象的醫(yī)療護理機器人。在國家 863計劃的支持下，我國的服務機器人研發(fā)有了巨大的進步。如哈爾濱工業(yè)大學研制的保安機器人如圖 21，中國科技大學研發(fā)的可佳機器人如圖 22。在教育機器人方面，我國展開了很多機器人競賽活動，大力推動了服務機器人的發(fā)展。如每年一度的 RobCup、中國服務機器人大賽等， RobCup是國內各高校最為喜歡的機器人賽事。中國服務機器人大賽作為 RobCup的重要項目之一，正是著力于研發(fā)家庭服務機器人。家庭服務機器人服務機器人仿真便是獨立于機器人硬件設施，著力于開發(fā)服務機器人的人機互動功 [6]。探討機器人在復雜的室內環(huán)境中，根據不同的環(huán)境變化信息，處理各種任務命令。目前而言，各高校凡是有機器人項目的實驗室，基本上都有了家庭服務機器人仿真項目。這對于推動家庭服務機器人的發(fā)展有了巨大的好處。 6 圖 21 哈爾濱工業(yè)大學研制的保安機器人 圖 22 中國科技大學研發(fā)的可佳機器人 2 家庭服務機器人仿真平臺介紹 家庭服務機器人概述 家 庭服務 機器人仿真 是 立足于 實物 家用服務機器人的高層功能的探索，目前主要包括人機對話、自動規(guī)劃和推理。 我校于 2020 年 7 月正式成立家庭服務機器人仿真項目，在 20200 年 10 月參加家庭服務機器人的首次大賽即中國機器人大賽 RobCup公開賽（合肥），此后家庭服務機器人大賽便成為 RobCup 大賽的主要項目之一。 2020年 5月更是舉辦了中國首屆服務機器人大賽。其目的便是通過仿真比賽，推動智能機器人的人機交互和自主規(guī)劃能 [11]。 仿真機器人介紹 家庭服務機器人的仿真的 3D 仿真模型圖 23 所示，它有一只手爪，一個盤，兩個輪子。 7 家庭服務仿真機器人 它有兩個輪子（可以自由移動），手臂上有一個手爪和機器人頭部有一盤子，手爪和盤子中只能放下一個物品，它具有基本的移動，抓取和放下的能力。它有一組固定的原子行動，對所有問題都是不變的。在這些基礎上，測試機器人在人機交互、資助規(guī)劃和推理方面的能力。 圖 23 3D家庭仿真機器人 仿真環(huán)境是基于一個 3D 室內仿真環(huán)境，室內可以是定一些列相應的家 用日常物品如冰箱、桌子、空調、洗衣機、杯子等常用物品。室內每一件物品都有相應的物體參數，如 size（ big/small）、 color（ blue/red/yellow)等等這些數據集合就叫做場景描述。對于相應的場景描述我們可以給予仿真機器人一些列的任務，仿真機器人則可以動過組合幾個原子動作來實現指令內容。而我們所要研究的便是對于不同的仿真環(huán)境，不同的任務指令如何能最大化的精簡原子動作，規(guī)劃行動序列。 機器人原子行動，也就是機器人在仿真環(huán)境中移動的具體表現。 ? move(X)：機器人改變當前位置屬性，移動到 位置 X。執(zhí)行此原子動作條件為：機器人 move 之前的 location 屬性不能為 X。執(zhí)行效果為機器人移動到了位置 X，機器人 location 屬性為 X，不受 此原子動作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。 ? pickup(A)：機器人改變 hold 屬性，拿起物體 A。執(zhí)行此原子動作條件為： A 的size 屬性為 small， A 的 location 和機器人的 location 相同， A 不在其他物體 (例如refrigerator) 內部，機器人 hold 的參數 為 0。執(zhí)行效果為機器人的 hold 的參數 為 A 的id，不受此原子動作影響的其他環(huán)境描 述屬性不變。 ? putdown(A)： 機器人改變 hold 屬性，放下物體 A。執(zhí)行此原子動作條件為：機器人的 hold 的參數 為 A 的 id。執(zhí)行效果為機器人 hold 的參數 為 0，不受此原子動作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。 ? toplate(A)： 機器人改變 hold 屬性，將手爪中 A 放入自己的盤子中。執(zhí)行此原子動作條件為：機器人的 hold 的參數 為 A 的 id， plate 的參數 為 0。執(zhí)行效果為機器人 hold 的參數 為 0， plate 的參數 為 A 的 id，不受此原子動作影響的其他環(huán)境描述屬 8 性不變。 ? fromplate(A)： 機器 人改變 hold 屬性，將物體 A 從盤子中拿起。執(zhí)行此原子動作條件為：機器人的 hold 的參數 為 0， plate 的參數 為 A 的 id。執(zhí)行效果為機器人的plate 的參數 為 0，機器人的 hold 的參數 為 A 的 id，不受此原子動作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。 ? open(A)： 機器人打開物體 size 屬性為 big 的 A。執(zhí)行此原子動作條件為：機器人的 location 屬性和 A 的 location 屬性相同 , 機器人手抓狀態(tài)為空 , 并且 A 的門關閉。執(zhí)行效果為 A 的門被打開 (dooropen(A))，不受此原子動作影響的其他環(huán)境描述屬 性不變。 ? close(A)：機器人關上物體 A。執(zhí)行此原子動作條件為：機器人的 location 屬性和 A的 location 屬性相同，機器人手抓狀態(tài)為空 ,并且 A 的門打開。執(zhí)行效果為 A 的門關閉，不受此原子動作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。 ? putin(A。B)：機器人將 size 屬性為 small 的物體 A 放到 size 屬性為 big 的 B中。執(zhí)行此原子動作條件為：機器人的 location 屬性和 B 的 location 屬性相同， A 在機器人手抓中，并且 B 的門打開 , B 為的狀態(tài)空 (即 B 中最多只能放一個物體 )。執(zhí)行效果為，小物體 A 在 B 的內部，機器人手抓狀態(tài)為空， B 的狀態(tài)不是空的，不受此原子動作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。 ? takeout(A。B)： 機器人將 size 屬性為 small 的物體 A從 size 屬性為 big的 B 中取出來。執(zhí)行此原子動作條件為：機器人 location 屬性和 B 的 location 屬性相同 ,A 在 B 中，機器人手爪狀態(tài)為空，并且 B 的門打開。執(zhí)行效果為，機器人抓住小物體 A, 并且 A 處于 B 的外部， B的狀態(tài)是空的，不受此原子動作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。 仿真 場景描述 場景描述 是 機器人 所在的環(huán)境屬性信息。 即當前 仿真 環(huán)境中 所 出現的物 體及其屬性 （ sort、 location、 size、 color） ，以及機器人的狀態(tài) （ location、 hold、 plate）等。 仿真場景中用不同編號表示不同的物體，對每個編號有相應的描述，包括物體的種類、位置和其他屬性。這些描述都是可選的， 但是不是所有物體的屬性信息都是完整的，在有的任務描述 中會對于相應任務進行補充。其中有一個特殊的物體，人 (sort: human)，表示用戶。在所有場景描述中，有且僅有一個人，并且在所有的任務解決方案過 程中人的屬性都是不變的。 其他物體的具體描述內容包括： sort： 指所有物體的種類 。 color： 指所有小物體的顏色 。 size： 小物體的 size屬性 賦值為 small ， 而大物體 size屬性 賦值 big。 屬性為 small的物體可以移動，而屬性為 big的物體則不可以移動。 由于沒有外部影響， 屬性為 big的物體的 位置和狀態(tài)在 整個仿真過程中不會改變 ?！靶∥矬w”機器人可以移動的物體， 9 location屬性經常隨著機器人的調用而改變著。 location: 表示物體的位置屬性 ， 在模擬環(huán)境中任意兩個 位置是可以到達的。 一個位置內，可以同時放置多個 size為 small物體，但至多只能有一個 size為 big“大物體”。 機器人狀態(tài)：一個手爪，一個盤子 。 hold、 plate為 0則是空的，不為 0則是有物體存在的。 inside（ A， B） ： 表示 A在 B內 。 dooropen： 某個 某個 size為 big的 物體 門是開著的。 仿真 任務描述 整個仿真過程中體現出人機交互的關鍵，便是機器人獲得任務描述的信息。任務描述分兩種形式、三種類型。兩種形式為：指令交互和自然語言。三種類型為 ： 目標、約束和補充信息 。目標是要完成的最終狀態(tài)。例如“ Put a cup on the table.”目標的實現就是“ cup” 的的位置屬性與 “ the table”的位置屬性相同。約束條件是在任務完成的整個過程中所必須遵守的條件。例如“ Do not pick up the yellow cup.”表示在任務完成的整個過程中機器人只能黃色以外的其他顏色的杯子。對于在環(huán)境描述中屬性信息不去的物體我們在完成任務時還需要補充信息。例如，“ Put the green cup on the table.”但環(huán)境描述中 “ green cup”沒有給出位置屬性，這時我們在任務描述從中可以添加如此補充信息“ The green cup is on the bed.”繼而我們便可以對算出“ green cup”的位置就在“ bed”處。 指令交互任務 在仿真過程中指令都放在 ins集合中， 也就是說用戶通過 ins給機器人下達命令。 命令中 ins 定義如 [3]： ins=task+info+cons； 命令中 task定義如下： task=give(human,obj1)/puton(obj1,obj2)/goto(obj1)/pickup(obj1)/putdown(obj1) /opendoor(obj1)/putin(obj1， obj2)。 give(human, obj1)：表示將 機器人將 物體 obj1給用戶 。 obj1 的 size屬性為 small，最終狀態(tài)為 obj1的位置在 human處，機器人的盤子和手爪中沒有 obj1。 puton(obj1,obj2）：表示將 obj1放到 obj2上， 最終狀態(tài)為 obj1的位置在 obj2處，機器人的盤子和手爪中沒有 obj1。