[發明專利]一種人機協同自然語言空間導航方法及系統

在審

• 申請號: 201911206721.7
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110928302A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 付艷;程祥;李世其;王峻峰;邱侃;程力;李雪;譚杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G06K9/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開一種人機協同自然語言空間導航方法及系統，機器人接收用戶發送的空間導航語音指令，并根據預設的語法規則，將空間導航語音指令轉化成相應的導航指令數組；空間導航語音指令屬于自然語言；機器人采集機器人所在環境中界標物的位置和屬性；并根據界標物的屬性確定機器人的空間認知地圖；機器人基于空間認知地圖對導航指令數組進行認知推理，在空間認知地圖中確定導航指令數組要求機器人所要到達的目的地的空間三維坐標，以及確定機器人到達目的地所要執行的動作；機器人根據目的地的空間三維坐標和所要執行的動作執行相關導航動作以到達目的地。本發明增強機器人對人類自然語言空間導航指令意圖的理解。

技術領域

本發明涉及人機交互技術領域，更具體地，涉及一種人機協同自然語言空間導航方法及系統。

背景技術

移動機器人自主導航技術已經取得了長足的進步，移動機器人在越來越多的領域起到了重要的作用，但在一些非結構化、復雜、未知的環境或者對任務可靠性要求較高的場景中，例如野外的搜索與救援、將來可能的星球表面探測等，當前移動機器人并不能完全代替人完成任務，人參與到任務中是必然的選擇。

人與人之間可以很輕松地通過自然語言交互實現導航，很自然的，人們也想在人與機器人之間實現自然語言導航交互。然而，盡管隨著人工智能的發展自然語言處理技術進步很大，識別的準確率大幅提高，但由于人的自然語言指令對于空間知識表征的多樣性以及機器人與人的空間認知不一致性，當前機器人對于人類自然語言空間導航指令意圖的理解仍是一個難題。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于解決現有機器人對于人類自然語言空間導航指令意圖理解困難的技術問題。

為實現上述目的，第一方面，本發明提供一種人機協同自然語言空間導航方法，包括以下步驟：

接收用戶發送的空間導航語音指令，并根據預設的語法規則，將所述空間導航語音指令轉化成相應的導航指令數組；所述預設的語法規則包括以下關鍵詞：屬性、位置、方向、物體以及動作；所述空間導航語音指令屬于自然語言；

采集機器人所在環境中界標物的位置和屬性；并根據所述界標物的屬性確定機器人的空間認知地圖，以所述機器人的視角認知空間各個物體所在的位置；所述界標物為便于目標物的描述而選取的參照物體，所述界標物的屬性包括：顏色、形狀、紋理、亮度、大小、方向、種類、動作以及空間坐標；

基于所述空間認知地圖對所述導航指令數組進行認知推理，在所述空間認知地圖中確定所述導航指令數組要求所述機器人所要到達的目的地的空間三維坐標，以及確定所述機器人到達目的地所要執行的動作；

根據所述目的地的空間三維坐標和所要執行的動作執行相關導航動作以到達所述目的地。

需要說明的是，人類空間認知地圖的各個組成元素在尺度上劃分可分為3個層次：空間實體特征、空間對象、空間格局。每個層次的含義分別為：人在某一個視角觀察環境后，形成描述空間實體屬性特征的圖像信息；基于空間實體特征集合，人對空間實體的“部分-整體”關系進行認知，實現對空間實體的對象化認知和符號化表達；基于空間信息的對象化認知，人對空間要素進行簡化、關聯、綜合，對空間的組織、結構、關系進行邏輯判斷、歸納與演繹推理，形成對空間格局的認知。本發明是仿照人類的空間認知機制，建立機器人的空間認知地圖。

可選地，所述用戶發送的空間導航語音指令具體通過如下方式發出：

根據用戶眼睛看到的界標物及其屬性，建立用戶的空間定位坐標系；

基于用戶的空間坐標系，發出所述空間導航語音指令，以指示機器人導航至空間定位坐標系的預設目的地。

可選地，所述空間認知地圖通過機器人所在環境中界標物的位置和界標物的屬性，結合相關陳述性知識構建；所述陳述性知識用于描述各個界標物的三維坐標以及不同界標物之間的相對方位。