【正文】 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(duì)于娛樂機(jī)器人也進(jìn)行了大力的研究，并成功的制作出了個(gè)嚴(yán)格娛樂機(jī)器人。 家庭機(jī)器人在國內(nèi)的發(fā)狀 我國的服務(wù)機(jī)器人研發(fā)較韓國、美國、日本等國家的研發(fā)速度較慢。目前，我國自主研發(fā)的服務(wù)機(jī)器人主要有工業(yè)機(jī)器人、安保機(jī)器人等。在國家 863計(jì)劃的支持下，我國的服務(wù)機(jī)器人研發(fā)有了巨大的進(jìn)步。在教育機(jī)器人方面，我國展開了很多機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)，大力推動(dòng)了服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展。中國服務(wù)機(jī)器人大賽作為 RobCup的重要項(xiàng)目之一，正是著力于研發(fā)家庭服務(wù)機(jī)器人。探討機(jī)器人在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中，根據(jù)不同的環(huán)境變化信息，處理各種任務(wù)命令。這對(duì)于推動(dòng)家庭服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展有了巨大的好處。 我校于 2020 年 7 月正式成立家庭服務(wù)機(jī)器人仿真項(xiàng)目，在 20200 年 10 月參加家庭服務(wù)機(jī)器人的首次大賽即中國機(jī)器人大賽 RobCup公開賽（合肥），此后家庭服務(wù)機(jī)器人大賽便成為 RobCup 大賽的主要項(xiàng)目之一。其目的便是通過仿真比賽，推動(dòng)智能機(jī)器人的人機(jī)交互和自主規(guī)劃能 [11]。 7 家庭服務(wù)仿真機(jī)器人 它有兩個(gè)輪子（可以自由移動(dòng)），手臂上有一個(gè)手爪和機(jī)器人頭部有一盤子，手爪和盤子中只能放下一個(gè)物品，它具有基本的移動(dòng)，抓取和放下的能力。在這些基礎(chǔ)上，測(cè)試機(jī)器人在人機(jī)交互、資助規(guī)劃和推理方面的能力。室內(nèi)每一件物品都有相應(yīng)的物體參數(shù)，如 size（ big/small）、 color（ blue/red/yellow)等等這些數(shù)據(jù)集合就叫做場(chǎng)景描述。而我們所要研究的便是對(duì)于不同的仿真環(huán)境，不同的任務(wù)指令如何能最大化的精簡原子動(dòng)作，規(guī)劃行動(dòng)序列。 ? move(X)：機(jī)器人改變當(dāng)前位置屬性，移動(dòng)到 位置 X。執(zhí)行效果為機(jī)器人移動(dòng)到了位置 X，機(jī)器人 location 屬性為 X，不受 此原子動(dòng)作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。執(zhí)行此原子動(dòng)作條件為： A 的size 屬性為 small， A 的 location 和機(jī)器人的 location 相同， A 不在其他物體 (例如refrigerator) 內(nèi)部，機(jī)器人 hold 的參數(shù) 為 0。 ? putdown(A)： 機(jī)器人改變 hold 屬性，放下物體 A。執(zhí)行效果為機(jī)器人 hold 的參數(shù) 為 0，不受此原子動(dòng)作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。執(zhí)行此原子動(dòng)作條件為：機(jī)器人的 hold 的參數(shù) 為 A 的 id， plate 的參數(shù) 為 0。 ? fromplate(A)： 機(jī)器 人改變 hold 屬性，將物體 A 從盤子中拿起。執(zhí)行效果為機(jī)器人的plate 的參數(shù) 為 0，機(jī)器人的 hold 的參數(shù) 為 A 的 id，不受此原子動(dòng)作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。執(zhí)行此原子動(dòng)作條件為：機(jī)器人的 location 屬性和 A 的 location 屬性相同 , 機(jī)器人手抓狀態(tài)為空 , 并且 A 的門關(guān)閉。 ? close(A)：機(jī)器人關(guān)上物體 A。執(zhí)行效果為 A 的門關(guān)閉，不受此原子動(dòng)作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。B)：機(jī)器人將 size 屬性為 small 的物體 A 放到 size 屬性為 big 的 B中。執(zhí)行效果為，小物體 A 在 B 的內(nèi)部，機(jī)器人手抓狀態(tài)為空， B 的狀態(tài)不是空的，不受此原子動(dòng)作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。B)： 機(jī)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)行效果為，機(jī)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(dòng)作影響的其他環(huán)境描述屬性不變。 即當(dāng)前 仿真 環(huán)境中 所 出現(xiàn)的物 體及其屬性 （ sort、 location、 size、 color） ，以及機(jī)器人的狀態(tài) （ location、 hold、 plate）等。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(wù)描述 中會(huì)對(duì)于相應(yīng)任務(wù)進(jìn)行補(bǔ)充。在所有場(chǎng)景描述中，有且僅有一個(gè)人，并且在所有的任務(wù)解決方案過 程中人的屬性都是不變的。 color： 指所有小物體的顏色 。 屬性為 small的物體可以移動(dòng)，而屬性為 big的物體則不可以移動(dòng)?！靶∥矬w”機(jī)器人可以移動(dòng)的物體， 9 location屬性經(jīng)常隨著機(jī)器人的調(diào)用而改變著。 一個(gè)位置內(nèi)，可以同時(shí)放置多個(gè) size為 small物體，但至多只能有一個(gè) size為 big“大物體”。 hold、 plate為 0則是空的，不為 0則是有物體存在的。 dooropen： 某個(gè) 某個(gè) size為 big的 物體 門是開著的。任務(wù)描述分兩種形式、三種類型。三種類型為 ： 目標(biāo)、約束和補(bǔ)充信息 。例如“ Put a cup on the table.”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)就是“ cup” 的的位置屬性與 “ the table”的位置屬性相同。例如“ Do not pick up the yellow cup.”表示在任務(wù)完成的整個(gè)過程中機(jī)器人只能黃色以外的其他顏色的杯子。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(shí)我們?cè)谌蝿?wù)描述從中可以添加如此補(bǔ)充信息“ The green cup is on the bed.”繼而我們便可以對(duì)算出“ green cup”的位置就在“ bed”處。 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)。 obj1 的 size屬性為 small，最終狀態(tài)為 obj1的位置在 human處，機(jī)器人的盤子和手爪中沒有 obj1。 goto(obj1)：表示要求機(jī) 器人移動(dòng)到 obj的位置。 putdown(obj1)：表示將 機(jī)器人的盤子或手爪中的 obj1放下， 最終狀態(tài)為 obj1不在機(jī)器人的盤子或手爪中。 putin(obj1， obj2)：表示機(jī)器人將 size屬性為 small的 obj1放到 size屬性為 big的 obj2的內(nèi)部， 最終狀態(tài)為 obj1在 obj2的內(nèi)部 ， 并且 obj2 處于關(guān)閉狀態(tài) 。 near(obj1, obj2)： 表示物體 size屬性為 small的 obj1在 size屬性為 big的 obj2旁邊 。 10 inside(obj1, obj2)： 表示 size屬性為 small的 obj1在 size屬性為 big的 obj2 里面。 命令中 cons定義如下： cons = not task/ not info / not not info not info：表示在 整個(gè)命令執(zhí)行過程中 ， info 所描述的情況都禁止出現(xiàn)。 自然語言任務(wù) 自然語言交互 是 用戶用 特 的英語 定 詞匯來表達(dá)任務(wù)描述 的方式 [4]。代詞只有用戶 “me”。其中主動(dòng)動(dòng)詞含義解釋如表 22 表 22 主動(dòng)動(dòng)詞含義 對(duì)于補(bǔ)充信息，用陳述句表達(dá)，一般為 “A is on/near/next to/inside B” 或者 “There is A on/near/next to/in B” 的形式， 他們同為 Ａ和Ｂ 的位置屬性相同 ，除了 B 為 plate 的情況，此時(shí)解釋為 A 在 機(jī)器人的盤子里。 “Do not” 后面一般接任務(wù)目標(biāo)，例如“ Do not pickup the red cup”, “Do not put the green bottle on the table.”。 。正常情況下，完成一個(gè)命令獲得十分，維護(hù)一個(gè)約束獲得五分，完成一個(gè)補(bǔ)充信息十分，執(zhí)行一次 move減 去三分，執(zhí)行其他原子動(dòng)作減一分。 11 問題得分 = 10乘以 完成的目標(biāo)數(shù)目 + 5乘以 維護(hù)的約束數(shù)目 乘以 sgn(完成的目標(biāo)數(shù)目 )扣去 3乘以 move 行動(dòng)個(gè)數(shù) 減去 其他行動(dòng)個(gè)數(shù) 。各參賽程序的接口部分用 C++ 實(shí)現(xiàn)，需要繼承 Plug 類，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的接口函數(shù)，并生成動(dòng)態(tài)鏈接庫（ dll 文件） 。為了方便調(diào)試， ChallengeServer 源代碼 res 文件夾包含一些場(chǎng)景描述和任務(wù)描述樣例。參賽程序需要繼承 Plug 類，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的接口函數(shù)。具體細(xì)節(jié)如下： planner/ 文件，構(gòu)造 Plug 類的子類。 Plan()函數(shù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃程序。 GetTestName(const char* amp。 tname)函數(shù)，獲得記錄當(dāng)前場(chǎng)景描述的文件名 dname 和記錄當(dāng)前任務(wù)描述的文件名 tname。 ，來輸出相應(yīng)的規(guī)劃結(jié)果。 ，可重載 Fini() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)。 Plateform 中的評(píng)價(jià)程序會(huì)更據(jù)此原子動(dòng)作序列與需要完成的任務(wù)做對(duì)比，并根據(jù)任務(wù)的完成效果來評(píng)分?；救蝿?wù)類似于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，如需要機(jī)器人幫助人取到某樣?xùn)|西，或者是需要把某件可以動(dòng)的物品轉(zhuǎn)移到另 12 外一個(gè)位置。如一個(gè)簡單的復(fù)合任務(wù)要，將可移動(dòng)的小物體 A 和 B 拿給人。但是經(jīng)過規(guī)劃以后，我么可以以最少的原子動(dòng)作去完成此 [6]。在實(shí)際的操作過程中，對(duì)于這樣的原子動(dòng)作序列，機(jī)器人的執(zhí)行效率很低，一般情況下我們不會(huì)采用。 對(duì)于指令交互的原子動(dòng)作規(guī)劃我們用一下行動(dòng)方案來介 [7]： 任務(wù)指令： give(human,green cup ） give(human,blue bottle） . 場(chǎng)景描述如表 和表 所示。我們要考慮機(jī)器人手中、盤子中是否有物體，如果有該物體是否和任務(wù)相關(guān)。手中物體若與任務(wù)相關(guān)則可以直接完成該任務(wù)中的一條命令，若與任務(wù)不相關(guān)則直接放下。以下為代碼中對(duì)于機(jī)器人的屬性信息與處理辦法： if(hold_id!=0||plate_id!=0) { if(hold_id!=0) { for(int i=0。i++) { if(task_a[i][0]==hold_id) { Move(state[findId(task_a[i][1])].loc,2)。task_a[i][0]=0。 break。i20。j7。 PutDown(2)。task_a[i][1]=0。 } } } break。i20。 FromPlate(2)。 task_a[i][0]=0。 break。i20。j20。 FromPlate(2)。 task_a[i][0]=0。 break。 } } }/// if(hold_id!=0||plate_id!=0) { if(hold_id!=0) PutDown(2)。PutDown(2)。我們主要欠缺的是對(duì)于 solve 函，每搜索一條命令解決一條命令然后刪除已解決命令，運(yùn)用一個(gè)循環(huán)函數(shù)直到任務(wù)全部解決。 tmp_i () amp。 task[tmp_i] != 39。 tmp_i ++ ) { tmp_obj2 += task[tmp_i]。 ()。 i () amp。 tmp_obj2[i] != 39。 i ++ )