摘 要

本文针对人与机器人交互中角色识别算法问题，结合国内外现状，将人与机器人交互中的角色识别算法分析分割为四大部分：人与机器人的交互；机器人的自主程度；人机交互中的角色识别；角色识别的算法。对比了几种机器学习中监督学习的算法，通过实验采集数据进行MATLAB软件，生成决策树分类器，然后分析人与机器人交互中的角色转换过程，成果如下：

1）成功判断出交互过程中的角色转换，能够快速准确分配对机器的控制权。在实际应用过程中，是人还是机器人在实际控制机器十分重要，即是为了处理突发情况，又是为了任务的正确完成。

2）证明了决策树分类算法能够有效准确地用于人与机器人交互过程中的角色识别。通过对比监督学习的几种算法，发现决策树分类算法的特点适合用于本课题，并且将会对多种机器人角色识别都有适用性。

关键词：人与机器人交互；机器人的自主程度；角色识别；算法；决策树分类

Abstract

In this paper, the role recognition algorithm in human-robot interaction is divided into four parts: human-robot interaction; level of automation; the role recognition human-robot interaction; role recognition algorithm. This paper compares the algorithm of supervising and learning in several machine learning, collects the data through the experiment, generates the decision tree classifier, and then analyzes the role conversion process in the interaction between man and robot. The results are as follows:

1) successfully determine the role of the interaction process conversion, can quickly and accurately assign the control of the machine. In the actual application process, it is human or robot in the actual control of the machine is very important, that is, in order to deal with emergencies, but also for the correct completion of the task.

2) It is proved that the decision tree classification algorithm can be used effectively and accurately in the process of interaction between human and robot. By comparing the several algorithms of supervised learning, it is found that the characteristics of the decision tree classification algorithm are suitable for the subject, and will be applicable to a variety of robot character recognition

.Key Words：Human Robot Interaction；Level of Automation；Role recognition；Algorithm；Decision Tree

目录

第1章 绪论 6

1.1课题背景 6

1.2课题的研究意义 7

1.3论文结构安排 8

第2章 人机交互 9

2.1 人机交互概述 9

2.2 人机交互中的角色识别概述 10

2.2.1 机器人的自主程度 10

2.2.2人机交互中的角色识别 12

2.3 本章小结 13

第3章 角色识别算法简述 14

3.1 K最近邻算法（k-Nearest Neighbor,kNN） 14

3.2朴素贝叶斯分类器 15

3.3决策树 16

3.4本章小结 17

第4章 实验方案及数据分析 17

4.1实验方案及数据采集 17

4.1.1实验方案 17

4.1.2数据采集 18

4.2实验数据分析 20

4.2.1各数据随时间变化曲线分析 20

4.2.2决策树算法分析 21

4.3本章小结 23

第5章 总结 24

参考文献

致谢

附录

第1章 绪论

电子计算机技术、微处理器和微控制器技术的飞快发展,使得机器人俨然成了人们工作、学习、娱乐中必不可少的帮手,人和机器人之间的交互活动日益密切,机器人深深地渗透到人们生活的每一个角落,并影响着人类的生活模式。

作为人和机器人之间的重要通信纽带,人与机器人之间交互技术的研究已经成为必然。人机交互是对人与机器人之间交互方式以及交互程度的研究。

1.1课题背景

在二十世纪中后期,机器人技术开始发展起来,但是像人一样行为的,并对人类有影响的“类人机器”的概念已经在宗教、神话、哲学和小说中存在了好几个世纪。

“Robot”起源于捷克斯洛伐克语中的“robota”,小说作家卡雷尔·切皮克(Karel Chapek)最早使用Robot一词,原意是“劳役”,但这并不是“类人机器”的最早例子。早在中国西周年间,就有偃师造人的故事。相传偃师所造的“机器人”看起来是一个活生生的人,外表看起来和人一样具有筋骨关节、皮毛齿发等,而且内部器官五脏俱全,但确实是各机器人。除此之外,还有春秋战国时代鲁班大师用竹片做出飞鸟、三国时代的诸葛亮发明了木牛流马的故事。这些故事无论真假,都可以看作人类在历史上与机器人的不解之缘。在16世纪中叶,日本出现了一种用钟表技术实现了自动的玩偶机器。在日本的动漫里面,来自未来的机器人“哆啦A梦”也和人类友好地相处着,表示人类对未来机器人的美好憧憬。在科幻作家的笔下,机器人更是必不可少的角色,其中,阿西莫夫(Asimov)在作品中提了机器人三定律:

1.机器人不应伤害人类;

2.机器人应听从人类的命令,但不得违反第一条命令;