老年人的数量越来越多，对医疗保健以及特别是康复医疗保健令人担忧。辅助技术和辅助机器人特别可能有助于改善这一过程。我们开发一个能够向患者展示康复锻炼的机器人教练，观看患者进行练习并给予他的反馈，以提高他的表现并鼓励他。该系统的HRI基于我们的研究与康复治疗师和目标人群的团队。系统依赖于人类运动分析。我们开发了一种学习概率表达的方法，从专家演示中学习理想运动。使用使用Microsoft Kinect V2捕获的位置和取向特征采用高斯混合模型。为了评估患者的动作，我们提出了一个时间的多级分析，暂时和空间上识别并解释了身体部位误差。该分析与分类算法相结合允许机器人提供教练建议，以使患者提高他的运动。三次康复演习的评价表明了提出的学习和评估Kinaesthetic运动的方法。

辅助机器人，特别是机器人教练可能非常有助于康复医疗保健。在这种情况下，我们提出了一种基于高斯过程潜在变量模型（GP-LVM）的方法，以在物理治疗师，机器人教练和患者之间转移知识。我们的模型能够将视觉人体功能映射到机器人数据，以便于机器人学习和模仿。此外，我们建议扩展模型，以适应机器人的理解，在评估康复练习期间对患者的身体限制。实验评估表明，根据患者的限制，机器人模仿和模型适应的有希望的结果。

人类和机器人的动态运动是由姿势依赖性的非线性相互作用在自由程度之间广泛驱动的。但是，在研究人类运动产生的机制时，这些动力学效应仍被忽略。受最近作品的启发，我们假设人类运动计划为地球协同序列，因此对应于用分段最小能量实现的协调关节运动。基础计算模型建立在Riemannian几何形状上，以说明身体的惯性特征。通过对各种人类手臂运动的分析，我们发现我们的模型片段运动转化为测量协同作用，并成功预测了观察到的手臂姿势，手动轨迹及其各自的速度曲线。此外，我们表明我们的分析可以进一步利用，以通过将单个人类协同作用作为机器人配置空间中的地球途径转移到机器人中。

在治疗方案中应用的机器人，例如在自闭症谱系障碍的个体治疗中，有时被用于模仿学习活动，其中一个人需要由机器人重复运动。为了简化合并机器人可以执行的新运动的任务，希望机器人能够通过观察人类（例如治疗师）的示威来学习动作。在本文中，我们研究了一种从人类的骨骼观察中获取动作的方法，该方法是由以机器人为中心的RGB-D摄像头收集的。给定一系列观察到各种关节，在通过PID位置控制器执行之前，将关节位置映射以匹配机器人的配置。我们通过使用Qtrobot进行一项研究来评估该方法，尤其是繁殖误差，其中机器人从多个参与者中获取了不同的上身舞蹈动作。结果表明该方法的总体可行性，但也表明繁殖质量受骨架观测中噪声的影响。

Imitation learning techniques aim to mimic human behavior in a given task. An agent (a learning machine) is trained to perform a task from demonstrations by learning a mapping between observations and actions. The idea of teaching by imitation has been around for many years, however, the field is gaining attention recently due to advances in computing and sensing as well as rising demand for intelligent applications. The paradigm of learning by imitation is gaining popularity because it facilitates teaching complex tasks with minimal expert knowledge of the tasks. Generic imitation learning methods could potentially reduce the problem of teaching a task to that of providing demonstrations; without the need for explicit programming or designing reward functions specific to the task. Modern sensors are able to collect and transmit high volumes of data rapidly, and processors with high computational power allow fast processing that maps the sensory data to actions in a timely manner. This opens the door for many potential AI applications that require real-time perception and reaction such as humanoid robots, self-driving vehicles, human computer interaction and computer games to name a few. However, specialized algorithms are needed to effectively and robustly learn models as learning by imitation poses its own set of challenges. In this paper, we survey imitation learning methods and present design options in different steps of the learning process. We introduce a background and motivation for the field as well as highlight challenges specific to the imitation problem. Methods for designing and evaluating imitation learning tasks are categorized and reviewed. Special attention is given to learning methods in robotics and games as these domains are the most popular in the literature and provide a wide array of problems and methodologies. We extensively discuss combining imitation learning approaches using different sources and methods, as well as incorporating other motion learning methods to enhance imitation. We also discuss the potential impact on industry, present major applications and highlight current and future research directions.

每日操纵任务的特征是与动作和对象形状相关的几何基原始人。这样的几何描述符仅通过使用笛卡尔坐标系统而差异很差。在本文中，我们提出了一种学习方法，以从坐标系词典中提取最佳表示，以编码观察到的运动/行为。这是通过在Riemannian歧管上使用高斯分布的扩展来实现的，该分布用于通过将多个几何形状作为任务的候选表示来分析一组用户演示。我们根据迭代线性二次调节器（ILQR）提出了复制问题作为一般最佳控制问题，其中使用提取的坐标系中的高斯分布来定义成本函数。我们将方法应用于模拟和7轴Franka Emika机器人中的对象抓握和箱式打开任务。结果表明，机器人可以利用几个几何形状来执行操纵任务并将其推广到新情况下，通过维护感兴趣的坐标系中任务的不变特征。

在本文中，我们提出了一种学习稳定的动力学系统的方法，该系统在里曼尼亚歧管上不断发展。该方法利用数据效率的程序来学习差异转换，该过程将简单的稳定动力系统映射到复杂的机器人技能上。通过从差异几何形状中利用数学工具，该方法可确保学习的技能满足基础歧管所施加的几何约束，例如用于方向和SPD的刚度矩阵，同时将逆转性保留到给定的目标。首先在公共基准上的模拟中测试了所提出的方法，该方法通过将笛卡尔数据投射到UQ和SPD歧管中，并与现有方法进行了比较。除了评估公共基准测试的方法外，还对在不同条件下进行瓶子的真正机器人进行了几项实验，并与人类操作员合作进行了钻井任务。评估在学习准确性和任务适应能力方面显示出令人鼓舞的结果。

3D姿势估计对于分析和改善人体机器人相互作用的人体工程学和降低肌肉骨骼疾病的风险很重要。基于视觉的姿势估计方法容易出现传感器和模型误差以及遮挡，而姿势估计仅来自相互作用的机器人的轨迹，却遭受了模棱两可的解决方案。为了从两种方法的优势中受益并改善了它们的弊端，我们引入了低成本，非侵入性和遮挡刺激性多感应3D姿势估计算法中的物理人类手机相互作用。我们在单个相机上使用openpose的2D姿势，以及人类执行任务时相互作用的机器人的轨迹。我们将问题建模为部分观察的动力学系统，并通过粒子滤波器推断3D姿势。我们介绍了远程操作的工作，但可以将其推广到其他人类机器人互动的其他应用。我们表明，我们的多感官系统比仅使用机器人的轨迹仅使用openpose或姿势估计的姿势估计来更好地解决人运动冗余。与金标准运动捕获姿势相比，这将提高估计姿势的准确性。此外，当使用Rula评估工具进行姿势评估时，我们的方法也比其他单一感觉方法更好。

在本次调查中，我们介绍了执行需要不同于环境的操作任务的机器人的当前状态，使得机器人必须隐含地或明确地控制与环境的接触力来完成任务。机器人可以执行越来越多的人体操作任务，并且在1）主题上具有越来越多的出版物，其执行始终需要联系的任务，并且通过利用完美的任务来减轻环境来缓解不确定性信息，可以在没有联系的情况下进行。最近的趋势已经看到机器人在留下的人类留给人类，例如按摩，以及诸如PEG孔的经典任务中，对其他类似任务的概率更有效，更好的误差容忍以及更快的规划或学习任务。因此，在本调查中，我们涵盖了执行此类任务的机器人的当前阶段，从调查开始所有不同的联系方式机器人可以执行，观察这些任务是如何控制和表示的，并且最终呈现所需技能的学习和规划完成这些任务。

与人一起工作的协作机器人（配件）必须能够快速学习新技能并适应新的任务配置。从演示中学习（LFD）使柯伯特能够学习并适应不同的使用条件。但是，最先进的LFD方法需要手动调整固有参数，并且很少在没有专家的工业环境中使用。在本文中，介绍了与幼稚用户的工业应用程序开发和实施。我们提出了一种基于概率运动基础的无参数方法，其中所有参数均使用Jensen-Shannon Divergence和贝叶斯优化进行预定。因此，用户不必执行手动参数调整。该方法从用户演示的小数据集中学习动作，并将运动推广到各种情况和条件。我们在两个现场测试中广泛评估了该方法：一个在电梯门维护上工作的方法是一个在其中，其中三名辛德勒工人教授Cobot任务对其工作流程有用。 Cobot最终效果和目标位置之间的错误范围从$ 0 $到$ 1.48 \ pm0.35 $ mm。对于所有测试，没有任何任务失败报告。 Schindler工人完成的问卷突出了该方法的易用性，安全性和重复运动的准确性。我们的代码和记录的轨迹可在线提供以进行复制。

远程运行是一种广泛采用的策略，用于控制需要高度灵巧运动和关键高级智力的复杂任务的机器人操纵器。经典的远程操作方案基于操纵杆的控制，或基于更直观的接口，这些界面将用户臂运动直接映射到一个机器人臂的运动中。当执行给定任务需要可重新配置的多个机器人ARM系统时，这些方法会限制。实际上，两个或多个机器人臂的同时进行近距离运行可以扩展操纵单元的工作空间，或增加其总有效载荷或提供其他优势。在可重新配置的多臂系统的不同阶段中，每个机器人可以充当独立的手臂，也可以充当一对合作的手臂，或者是虚拟大型机器人手的手指之一。该手稿提出了一个新型的远程注射框架，可以使个人和组合任何数量的机器人臂控制。多亏了设计的控制体系结构，人类操作员可以直观地选择提出的控制方式和操纵器，以使任务方便地通过用户界面执行。此外，通过Tele-Tele-Inverance范式，该系统可以通过让机器人模仿人类操作员的手臂阻抗和位置参考来解决需要物理互动的复杂任务。拟议的框架已通过8个主题，控制4个弗兰卡·埃米卡·熊猫机器人，并用7多杆执行远程触发任务。实验的定性结果向我们展示了我们框架的有希望的适用性。

从意外的外部扰动中恢复的能力是双模型运动的基本机动技能。有效的答复包括不仅可以恢复平衡并保持稳定性的能力，而且在平衡恢复物质不可行时，也可以保证安全的方式。对于与双式运动有关的机器人，例如人形机器人和辅助机器人设备，可帮助人类行走，设计能够提供这种稳定性和安全性的控制器可以防止机器人损坏或防止伤害相关的医疗费用。这是一个具有挑战性的任务，因为它涉及用触点产生高维，非线性和致动系统的高动态运动。尽管使用基于模型和优化方法的前进方面，但诸如广泛领域知识的要求，诸如较大的计算时间和有限的动态变化的鲁棒性仍然会使这个打开问题。在本文中，为了解决这些问题，我们开发基于学习的算法，能够为两种不同的机器人合成推送恢复控制政策：人形机器人和有助于双模型运动的辅助机器人设备。我们的工作可以分为两个密切相关的指示：1）学习人形机器人的安全下降和预防策略，2）使用机器人辅助装置学习人类的预防策略。为实现这一目标，我们介绍了一套深度加强学习（DRL）算法，以学习使用这些机器人时提高安全性的控制策略。

本文提出了一种以非零速度的效果友好型捕捉对象的混合优化和学习方法。通过受约束的二次编程问题，该方法生成最佳轨迹，直至机器人和对象之间的接触点，以最小化其相对速度并减少初始影响力。接下来，生成的轨迹是由基于人类的捕捉演示的旋风动作原始词更新的，以确保围绕接口点的平稳过渡。此外，学习的人类可变刚度（HVS）被发送到机器人的笛卡尔阻抗控制器，以吸收后影响力并稳定捕获位置。进行了三个实验，以将我们的方法与固定位置阻抗控制器（FP-IC）进行比较。结果表明，所提出的方法的表现优于FP-IC，同时添加HVS可以更好地吸收影响后力。

虽然对理解计算机视觉中的手对象交互进行了重大进展，但机器人执行复杂的灵巧操纵仍然非常具有挑战性。在本文中，我们提出了一种新的平台和管道DEXMV（来自视频的Dexerous操纵）以进行模仿学习。我们设计了一个平台：（i）具有多指机器人手和（ii）计算机视觉系统的复杂灵巧操纵任务的仿真系统，以记录进行相同任务的人类手的大规模示范。在我们的小说管道中，我们从视频中提取3D手和对象姿势，并提出了一种新颖的演示翻译方法，将人类运动转换为机器人示范。然后，我们将多个仿制学习算法与演示进行应用。我们表明，示威活动确实可以通过大幅度提高机器人学习，并解决独自增强学习无法解决的复杂任务。具有视频的项目页面：https://yzqin.github.io/dexmv

在这项研究中，提出了一个自适应对象可变形性不足的人类机器人协作运输框架。提出的框架使通过对象传输的触觉信息与从运动捕获系统获得的人类运动信息结合在一起，以在移动协作机器人上产生反应性的全身运动。此外，它允许基于算法在共同转移过程中以直观而准确的方式旋转对象，该算法使用躯干和手动运动检测人旋转意图。首先，我们通过使用由Omni方向移动基础和协作机器人组组成的移动操纵器，通过对象变形范围的两个末端（即纯粹的铝制杆和高度变形绳）来验证框架。接下来，将其性能与12个受试者用户研究中部分可变形对象的共同携带任务中的录取控制器进行了比较。该实验的定量和定性结果表明，所提出的框架可以有效地处理物体的运输，而不管其可变形性如何，并为人类伴侣提供直观的援助。最后，我们在不同的情况下展示了我们的框架的潜力，在不同的情况下，人类和机器人使用可变形的床单共同传输了手工蛋白。

由于价格合理的可穿戴摄像头和大型注释数据集的可用性，在过去几年中，Egintric Vision（又名第一人称视觉-FPV）的应用程序在过去几年中蓬勃发展。可穿戴摄像机的位置（通常安装在头部上）允许准确记录摄像头佩戴者在其前面的摄像头，尤其是手和操纵物体。这种内在的优势可以从多个角度研究手：将手及其部分定位在图像中；了解双手涉及哪些行动和活动；并开发依靠手势的人类计算机界面。在这项调查中，我们回顾了使用以自我为中心的愿景专注于手的文献，将现有方法分类为：本地化（其中的手或部分在哪里？）；解释（手在做什么？）；和应用程序（例如，使用以上为中心的手提示解决特定问题的系统）。此外，还提供了带有手基注释的最突出的数据集的列表。

与工作有关的肌肉骨骼障碍（WMSDS）仍然是欧盟的主要职业安全和健康问题。因此，持续追踪工人对可能导致其发展有贡献的因素的暴露是至关重要的。本文介绍了一种在线方法来监控工人上的运动和动态数量，提供当天在日常工作中所需的物理负荷的估计。定义了一套符合人体工程学的指标，以考虑对WMSD的多个潜在贡献者，也重视工人的主题特定要求。为了评估拟议的框架，考虑到在制造业中代表典型工作活动的任务，对十二人受试者进行了彻底的实验分析。对于每个任务，在统计分析之后，识别更好地解释底层物理负荷的符合人体工程学指标，并通过表面肌电图（SEMG）分析的结果支持。还通过公认的和标准工具进行了比较，以评估工作场所的人体工程学，突出所提出的框架引入的益处。结果证明了拟议框架在识别物理危险因素方面的高潜力，从而采取预防措施。该研究的另一个同样重要的贡献是在人类血管动力学测量中创建一个综合数据库，该测量涉及执行典型工业任务的健康受试者的多个感官数据。

将机器人放置在受控条件外，需要多功能的运动表示，使机器人能够学习新任务并使其适应环境变化。在工作区中引入障碍或额外机器人的位置，由于故障或运动范围限制导致的关节范围的修改是典型的案例，适应能力在安全地执行机器人任务的关键作用。已经提出了代表适应性运动技能的概率动态（PROMP），其被建模为轨迹的高斯分布。这些都是在分析讲道的，可以从少数演示中学习。然而，原始PROMP制定和随后的方法都仅为特定运动适应问题提供解决方案，例如障碍避免，以及普遍的，统一的适应概率方法缺失。在本文中，我们开发了一种用于调整PROMP的通用概率框架。我们统一以前的适应技术，例如，各种类型的避避，通过一个框架，互相避免，在一个框架中，并将它们结合起来解决复杂的机器人问题。另外，我们推导了新颖的适应技术，例如时间上未结合的通量和互相避免。我们制定适应作为约束优化问题，在那里我们最小化适应的分布与原始原始的分布之间的kullback-leibler发散，而我们限制了与不希望的轨迹相关的概率质量为低电平。我们展示了我们在双机器人手臂设置中的模拟平面机器人武器和7-DOF法兰卡 - Emika机器人的若干适应问题的方法。

在本文中，我们提出了一种新的动作计划方法，将长线性弹性对象自动包装到具有双层机器人系统的常用盒中。为此，我们开发了一个混合几何模型，以处理结合基于在线视觉的方法和离线参考模板的大规模遮挡。然后，引入一个参考点发生器以自动计划预先设计的动作原始基底的参考姿势。最后，一个行动计划者集成了这些组件，以实现高级行为的执行以及包装操纵任务的完成。为了验证提出的方法，我们进行了一项详细的实验研究，其中有多种类型和长度的物体和包装盒。

人体步态是指不仅代表活动能力的每日运动，而且还可以用人类观察者或计算机来识别步行者。最近的研究表明，步态甚至传达了有关沃克情绪的信息。不同情绪状态中的个体可能显示出不同的步态模式。各种情绪和步态模式之间的映射为自动情绪识别提供了新的来源。与传统的情绪检测生物识别技术（例如面部表达，言语和生理参数）相比，步态是可以观察到的，更难以模仿，并且需要从该主题中进行较少的合作。这些优势使步态成为情感检测的有前途的来源。本文回顾了有关基于步态的情绪检测的当前研究，尤其是关于步态参数如何受到不同情绪状态的影响以及如何通过不同的步态模式识别情绪状态的研究。我们专注于情感识别过程中应用的详细方法和技术：数据收集，预处理和分类。最后，我们讨论了使用智能计算和大数据的最先进技术的状态来讨论高效有效的基于步态的情感识别的可能发展。