21、考虑人机协作操作中人类行为的不确定性和分歧

考虑人机协作操作中人类行为的不确定性和分歧

1. 引言

人机之间的物理协作在许多关键应用领域具有重要影响。在未来的制造场景中，人们设想人与机器人紧密合作，由机器人承担体力消耗大的任务。在医疗环境中，物理机器人伙伴的作用也不可小觑，像康复或体能训练等应用，通过机器人伙伴调节适当的人力付出，能得到极大的提升。家用服务机器人也需要与人类用户进行直观的物理交互，同样，老年护理需要机器人伙伴提供高效舒适的移动辅助。人机物理协作在如此广泛的应用领域产生的重大影响，凸显了对直观且有效的物理协作机器人伙伴的需求。

在实现物理助手的所有方面中，机器人控制是关键组成部分，它决定了机器人与人类物理耦合时的行为。被动机器人虽然会自然地对人类施加的力做出反应，但不能有效地减轻人类的负担。相比之下，主动追求共同运动的机器人伙伴更具通用性和可取性，有时甚至是唯一的选择。例如，在协作搬运刚性物体时，被动机器人会顺应通过物体感知到的力，从而在整个系统中增加额外的质量；而主动伙伴不仅会对人类输入做出反应，还会主动朝着共同的运动目标前进，提前考虑所有所需的力。它还能提高协作可操作性，这是完成涉及狭窄通道导航任务的必要条件。实际上，只有这些控制策略才能实现成功的协作，即共同朝着一个已知的共同目标努力。

在主动方法中，基于人类行为预测的机器人辅助在最小化人类努力方面表现出卓越的性能。通过预测人类意图，机器人的行动理想情况下会施加所有必要的多余力。然而，当机器人的预期与人类意图不匹配时，会出现意外的交互力，带来安全风险和不适。识别这些内部力分量并理解它们与预测误差/分歧的关系，是设计主动机器人伙伴的重要步骤。此外，预测不确定性的作用也至关重要，它是可能出现预测误差的决定性指标，在机器人控制中应予以考虑，以避免潜在的分歧。