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移动机器人与行人相遇中行人舒适度的经验预测
Empirical Prediction of Pedestrian Comfort in Mobile Robot Pedestrian Encounters

作者: Alireza Jafari, Hong-Son Nguyen, Yen-Chen Liu
arXiv: 2604.13677v1
分类: cs.RO, eess.SY
📝 论文摘要
移动机器人进入人行道等公共空间时必须顾及行人的舒适度。许多研究关注行人的客观安全性,例如通过开发避障算法,但鲜有研究将行人的主观安全感或舒适度纳入考量。量化舒适度是阻碍移动机器人理解并回应人类情感的主要挑战。我们通过实证研究探讨移动机器人与行人互动运动学特征与主观舒适度之间的关系。我们进行了一对一实验测试,每次实验涉及一个移动机器人和一名志愿者。对行人报告的舒适度与运动学变量的统计分析显示,大多数变量存在中等但显著的相关性。基于这些实证发现,我们设计了三种基于最小距离、最小预测碰撞时间和复合估计器的舒适度评估/预测模型。复合估计器综合了所有研究的运动学变量,在预测准确率和分类性能上表现最优。该复合预测器的比值比为3.67,这意味着当它判定行人处于舒适状态时,行人实际感到舒适而非不适的可能性接近4倍。这项研究为将行人感受纳入路径规划提供了量化工具,有助于开发更具社会适应性的机器人系统。

📊 核心分析

🎯 研究动机
研究动机:移动机器人进入人行道等公共空间时,必须关注行人的舒适度。现有研究多关注行人的客观安全(如避障算法),但较少考虑行人的主观安全或舒适感。量化舒适度是主要挑战,阻碍了移动机器人理解和响应人类情感。
🔧 核心方法
核心方法: - 通过实证研究探索移动机器人与行人交互的运动学(kinematics)参数与主观舒适度之间的关系。 - 进行一对一的实验,每次实验涉及一个移动机器人和一名志愿者。 - 对行人报告的舒适度与运动学变量进行统计分析。 - 基于实证结果设计了三个舒适度估计器/预测器:基于最小距离(minimum distance)、基于最小投影碰撞时间(minimum projected time-to-collision)以及一个复合估计器(composite estimator)。 - 复合估计器使用了所有研究的运动学变量。
💡 核心创新
核心创新点: - **首次通过实证方法系统量化移动机器人与行人交互中的舒适度**:与以往主要关注客观安全(如碰撞避免)的研究不同,本研究将主观舒适度作为核心评价指标。 - **建立了交互运动学参数与主观舒适度的统计关联**:发现了大多数运动学变量与报告的舒适度之间存在中等但显著的相关性,为舒适度建模提供了数据基础。 - **开发了基于多变量的复合舒适度预测器**:该预测器综合了多个运动学变量,其预测准确率和分类性能在所有预测器中最高(优势比(odds ratio)为3.67),实现了对行人舒适状态的有效识别。
🏆 总体贡献
总体贡献: - 为将行人情感(舒适度)纳入移动机器人路径规划(path planning)提供了量化的评估工具(舒适度量化器(comfort quantifier))。 - 推动了更符合社会规范(socially compliant)的机器人发展,使机器人不仅能避免物理碰撞,还能考虑行人的心理感受。 - 研究方法和预测模型为后续在人机交互(human-robot interaction)中集成主观体验指标提供了可行范例。