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Intuitive Human-Robot Interaction by Intention RecognitionMuhammad Awais
Abstract (deutsch)
Damit zwei Menschen miteinander interagieren können, um eine gemeinsame Aufgabe zu erfüllen, müssen sie die Erwartungen, die sie während der Interaktion aneinander haben, kennen. Betrachten wir das Beispiel eines Obers und eines Gastes. Kippt der Kellner eine Flasche, um dem Gast ein Getränk anzubieten, so kann er zwei mögliche Reaktionen des Gastes erwarten. Entweder reicht ihm der Gast sein Glas, um es füllen zu lassen oder er zieht es zurück um anzudeuten, dass er kein Getränk will. Hält er dem Kellner das Glas hin, so kann dieser damit rechnen, dass der Gast sein Glas solange an einem bestimmten Ort hält, bis er das Glas füllt. Zieht der Gast dagegen das Glas weg, so rechnet er damit, dass der Kellner sein Glas nicht füllen wird. Im Falle eines Missverständnisses kann ein Missgeschick geschehen. Für fast alle Fälle von Mensch-Mensch-Interaktion gilt, dass die Erkennung der Absicht eine Schlüsselrolle spielt. Für die Mensch-Roboter-Interaktion ist sie genau so wichtig. Mit zunehmender Forschung auf dem Gebiet der Robotik sind und werden Roboter mehr und mehr Teil des menschlichen Lebens. Damit Roboter ein erfolgreicher Teil des menschlichen Lebens werden müssen sie nützlich für den Menschen sein. Hierfür sollen sie sich nach dem Menschen richten. Versucht der Roboter, einem Menschen zu helfen, ohne die Absicht der interagierenden Person zu kennen, so kann der Roboter selbst zu einem Problem werden, statt die Lösung der Probleme zu sein. Daher ist es notwendig, dass ein Roboter die Absicht eines Menschen, mit dem er interagieren soll um ihn zu unterstützen, kennt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Lösung vorzuschlagen, die die intuitive Mensch-Roboter-Interaktion intuitiv macht. Um die Mensch-Roboter-Interaktion intuitiv zu machen sollte dem Roboter die Absicht des Menschen bekannt sein. Es wird ein wahrscheinlichkeitsbasierter Ansatz zur Erkennung der menschlichen Absicht eingeführt. Der Ansatz nutzt endliche Zustandsautomaten. Jeder endliche Automat stellt eine menschliche Absicht dar und besitzt einen Wahrscheinlichkeitswert, der als Gewicht des endlichen Automaten bezeichnet wird. Aus diesem Gewicht bestimmt der Roboter die momentane Absicht des Menschen. Da es nicht möglich ist, alle möglichen Absichten, die der Roboter erkennen muss, in den Roboter einzubetten, bedarf es einer Maßnahme, damit der Roboter neue menschliche Absichten lernen kann. Für diesen Zweck wird ein Ansatz diskutiert. Damit die Mensch-Roboter-Interaktion intelligent ist sollte der Roboter schnell in auf die menschliche Absicht reagieren. Hier wird ein Ansatz für eine schnelle (proaktive) Reaktion des Roboters beschrieben. Der Ansatz diskutiert auch das Szenario einer mehrdeutigen menschlichen Absicht. Dabei handelt es sich um eine Absicht, die mehr als einer menschlichen Absicht entspricht. Es ist möglich, dass der Mensch eine völlig neue Intention hat, die der Roboter noch nicht kennt und auch noch nicht gelernt hat. In diesem Fall gibt es offensichtlich keine Mensch-Roboter-Interaktion. Für die Bewältigung dieses Problems wird ein Ansatz diskutiert, der es dem Roboter ermöglicht, eine geeignete Aktion auszuwählen, um mit dem Menschen zu interagieren. Darüber hinaus wird ein Ansatz zur Verallgemeinerung der menschlichen Absicht diskutiert. Dadurch kann der Roboter seine Reaktion dem menschlichen Willen entsprechend ausweiten. Die Ausweitung der Reaktion bedeutet, dass der Roboter diejenigen Aktionen nimmt, die er nicht beauftragt wurde, bei einer menschlichen Intention zu nehmen.
Abstract (english)
For two humans to interact with each other to perform a common task, they need to know the expectation of each other during interaction. For example if we consider an example of a waiter and a guest. If the waiter tilts the bottle to offer a drink to the guest then he may expect two actions from the guest, i.e., either the guest will forward his glass to get it filled or he will take his glass backward for not accepting the drink. If the guest forwards his glass then the waiter expects that the guest will keep his glass at a certain point until he pours the liquid into the glass. Similarly if the guest takes its glass backward then he expects from the waiter not to pour the liquid into his glass. In any case of misunderstanding an accident can occur. It applies to almost all the instances of human-human interaction. The recognition of the intention plays a key role in human-human interaction. It is equally important in human-robot interaction. With the increase of research in the field of robotics, the robots are and will be becoming more and more part of human life. For the robots to be the effective part of the human life they should be helpful to the human. For a robot to be helpful to the human he should act according to the human. In case if the robot tries to help the human without knowing the intention of the interacting human then the robot can be itself a problem rather than a solution to the problems. Therefore it is necessary for a robot to know the intention of the human with whom the robot is supposed to interact to facilitate him. The aim of this work is to propose a solution to make the human robot interaction intuitive. For making the human-robot interaction intuitive the intention of the human should be known to the interacting robot. A probabilistic approach is introduced to recognize the human intention. The approach uses the finite state machines. Each finite state machine representing a unique human intention carries a probabilistic value that is called the weight of the finite state machine. That weight tells the robot about the current human intention. Since it is not possible to embed all the possible intentions into the robot that the robot may need to recognize. Thus, there should be a measure that the robot can learn new human intentions. An approach is discussed for this purpose. For the human-robot interaction to be intelligent the robot should be quick in his response towards the human intention. An approach is described that addresses the issue of quick (proactive) response of the robot. The proposed approach also discusses the scenario concerning the ambiguous human intention. An ambiguous intention is a human intention that apparently corresponds to more than one human intention. There may be a scenario in which the human has a totally new intention that the robot does not know already and also has not learned that intention. In this case, apparently there is no human- robot interaction. In order to cope with this problem an approach is discussed that enables the robot to select an appropriate action to interact with the human. An approach concerning the generalization of the human intention is also discussed. By generalizing the human intention, the robot can extend its response according to the human intention. The extension of the response means that the robot takes those actions that were not instructed to him to be taken concerning the human intention.
Publication data
| Publication date: | 25. January 2013 |
| Referrer: | https://www.ai3.uni-bayreuth.de/de/publikationen/resypub/index.php?mode=pub_show&pub_ref=awais2013a |
| Free text: | https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/165 |
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