技术进步越来越多地想象在日常生活中与人互动的机器人的使用。人类机器人协作(HRC)是探索人与机器人之间在认知和身体层面上完成共同目标期间的相互作用的方法。在HRC Works中,通常建立一个认知模型,该模型从环境中收集输入,并从用户那里详细说明并将其转化为机器人本身可以使用的信息。机器学习是建立认知模型和行为障碍的最新方法,在HRC中具有很高的潜力。因此,本文提出了有关在人机协作背景下使用机器学习技术的详尽文献回顾。选择和分析了45篇关键论文,并根据协作任务的类型,评估指标和认知变量的建模。然后,对机器学习算法的不同家族及其属性以及所使用的感应方式进行了深入分析。在观察结果中,它概述了机器学习算法与时间依赖关系的重要性。然后将这些作品的显着特征交叉分析以显示HRC的趋势,并为将来的作品提供了指南,将它们与HRC的其他方面进行了比较。
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本文对人机对象切换的文献进行了调查。切换是一种协作的关节动作,其中代理人,给予者,给予对象给另一代理,接收器。当接收器首先与给予者持有的对象并结束时,当给予者完全将物体释放到接收器时,物理交换开始。然而,重要的认知和物理过程在物理交换之前开始,包括在交换的位置和时间内启动隐含协议。从这个角度来看,我们将审核构成了上述事件界定的两个主要阶段:1)预切换阶段和2)物理交流。我们专注于两位演员(Giver和Receiver)的分析,并报告机器人推动者(机器人到人类切换)和机器人接收器(人到机器人切换)的状态。我们举报了常用于评估互动的全面的定性和定量度量列表。虽然将我们的认知水平(例如,预测,感知,运动规划,学习)和物理水平(例如,运动,抓握,抓取释放)的审查重点,但我们简要讨论了安全的概念,社会背景,和人体工程学。我们将在人对人物助手中显示的行为与机器人助手的最新进行比较,并确定机器人助剂的主要改善领域,以达到与人类相互作用相当的性能。最后,我们提出了一种应使用的最小度量标准,以便在方法之间进行公平比较。
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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.
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当代机器人主义者的主要目标之一是使智能移动机器人能够在共享的人类机器人环境中平稳运行。为此目标服务的最基本必要的功能之一是在这种“社会”背景下有效的导航。结果,最近的一般社会导航的研究激增,尤其是如何处理社会导航代理之间的冲突。这些贡献介绍了各种模型,算法和评估指标,但是由于该研究领域本质上是跨学科的,因此许多相关论文是不可比较的,并且没有共同的标准词汇。这项调查的主要目标是通过引入这种通用语言,使用它来调查现有工作并突出开放问题来弥合这一差距。它首先定义社会导航的冲突,并提供其组成部分的详细分类学。然后,这项调查将现有工作映射到了本分类法中,同时使用其框架讨论论文。最后,本文提出了一些未来的研究方向和开放问题,这些方向目前正在社会导航的边界,以帮助集中于正在进行的和未来的研究。
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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。
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有效推论是一种数学框架,它起源于计算神经科学,作为大脑如何实现动作,感知和学习的理论。最近,已被证明是在不确定性下存在国家估算和控制问题的有希望的方法,以及一般的机器人和人工代理人的目标驱动行为的基础。在这里,我们审查了最先进的理论和对国家估计,控制,规划和学习的积极推断的实现;描述当前的成就,特别关注机器人。我们展示了相关实验,以适应,泛化和稳健性而言说明其潜力。此外,我们将这种方法与其他框架联系起来,并讨论其预期的利益和挑战:使用变分贝叶斯推理具有功能生物合理性的统一框架。
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最近的自主代理和机器人的应用,如自动驾驶汽车,情景的培训师,勘探机器人和服务机器人带来了关注与当前生成人工智能(AI)系统相关的至关重要的信任相关挑战。尽管取得了巨大的成功,基于连接主义深度学习神经网络方法的神经网络方法缺乏解释他们对他人的决策和行动的能力。没有符号解释能力,它们是黑色盒子,这使得他们的决定或行动不透明,这使得难以信任它们在安全关键的应用中。最近对AI系统解释性的立场目睹了可解释的人工智能(XAI)的几种方法;然而,大多数研究都专注于应用于计算科学中的数据驱动的XAI系统。解决越来越普遍的目标驱动器和机器人的研究仍然缺失。本文评论了可解释的目标驱动智能代理和机器人的方法,重点是解释和沟通代理人感知功能的技术(示例,感官和愿景)和认知推理(例如,信仰,欲望,意图,计划和目标)循环中的人类。审查强调了强调透明度,可辨与和持续学习以获得解释性的关键策略。最后,本文提出了解释性的要求,并提出了用于实现有效目标驱动可解释的代理和机器人的路线图。
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建立一种人类综合人工认知系统,即人工综合情报(AGI),是人工智能(AI)领域的圣杯。此外,实现人工系统实现认知发展的计算模型将是脑和认知科学的优秀参考。本文介绍了一种通过集成元素认知模块来开发认知架构的方法,以实现整个模块的训练。这种方法是基于两个想法:(1)脑激发AI,学习人类脑建筑以构建人类级智能,(2)概率的生成模型(PGM)基础的认知系统,为发展机器人开发认知系统通过整合PGM。发展框架称为全大脑PGM(WB-PGM),其根本地不同于现有的认知架构,因为它可以通过基于感官电机信息的系统不断学习。在这项研究中,我们描述了WB-PGM的基本原理,基于PGM的元素认知模块的当前状态,与人类大脑的关系,对认知模块的整合的方法,以及未来的挑战。我们的研究结果可以作为大脑研究的参考。随着PGMS描述变量之间的明确信息关系,本说明书提供了从计算科学到脑科学的可解释指导。通过提供此类信息,神经科学的研究人员可以向AI和机器人提供的研究人员提供反馈,以及目前模型缺乏对大脑的影响。此外,它可以促进神经认知科学的研究人员以及AI和机器人的合作。
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This article presents a survey of literature in the area of Human-Robot Interaction (HRI), specifically on systems containing more than two agents (i.e., having multiple humans and/or multiple robots). We identify three core aspects of ``Multi-agent" HRI systems that are useful for understanding how these systems differ from dyadic systems and from one another. These are the Team structure, Interaction style among agents, and the system's Computational characteristics. Under these core aspects, we present five attributes of HRI systems, namely Team size, Team composition, Interaction model, Communication modalities, and Robot control. These attributes are used to characterize and distinguish one system from another. We populate resulting categories with examples from recent literature along with a brief discussion of their applications and analyze how these attributes differ from the case of dyadic human-robot systems. We summarize key observations from the current literature, and identify challenges and promising areas for future research in this domain. In order to realize the vision of robots being part of the society and interacting seamlessly with humans, there is a need to expand research on multi-human -- multi-robot systems. Not only do these systems require coordination among several agents, they also involve multi-agent and indirect interactions which are absent from dyadic HRI systems. Adding multiple agents in HRI systems requires advanced interaction schemes, behavior understanding and control methods to allow natural interactions among humans and robots. In addition, research on human behavioral understanding in mixed human-robot teams also requires more attention. This will help formulate and implement effective robot control policies in HRI systems with large numbers of heterogeneous robots and humans; a team composition reflecting many real-world scenarios.
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外骨骼和矫形器是可穿戴移动系统,为用户提供机械益处。尽管在过去几十年中有重大改进,但该技术不会完全成熟,以便采用剧烈和非编程任务。为了适应这种功能不全,需要分析和改进该技术的不同方面。许多研究一直在努力解决外骨骼的某些方面,例如,机构设计,意向预测和控制方案。但是,大多数作品都专注于设计或应用的特定元素,而无需提供全面的审查框架。本研究旨在分析和调查为改进和广泛采用这项技术的贡献方面。为了解决此问题,在引入辅助设备和外骨骼后,将从物理人员 - 机器人接口(HRI)的角度来研究主要的设计标准。通过概述不同类别的已知辅助设备的几个例子,将进一步开发该研究。为了建立智能HRI策略并为用户提供直观的控制,将研究认知HRI。将审查这种策略的各种方法,并提出了意图预测的模型。该模型用于从单个电拍摄(EMG)通道输入的栅极相位。建模结果显示出低功耗辅助设备中单通道输入的潜在使用。此外,所提出的模型可以在具有复杂控制策略的设备中提供冗余。
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抓握是通过在一组触点上施加力和扭矩来挑选对象的过程。深度学习方法的最新进展允许在机器人对象抓地力方面快速进步。我们在过去十年中系统地调查了出版物,特别感兴趣使用最终效果姿势的所有6度自由度抓住对象。我们的综述发现了四种用于机器人抓钩的常见方法:基于抽样的方法,直接回归,强化学习和示例方法。此外,我们发现了围绕抓握的两种“支持方法”,这些方法使用深入学习来支持抓握过程,形状近似和负担能力。我们已经将本系统评论(85篇论文)中发现的出版物提炼为十个关键要点,我们认为对未来的机器人抓握和操纵研究至关重要。该调查的在线版本可从https://rhys-newbury.github.io/projects/6dof/获得
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背景信息:在过去几年中,机器学习(ML)一直是许多创新的核心。然而,包括在所谓的“安全关键”系统中,例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的,因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的:本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战,以及文献中提出的解决方案,以解决它们,回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统?'方法:我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述(SLR),涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题,被认为是ML认证的主要支柱:鲁棒性,不确定性,解释性,验证,安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题,并提取了提取的论文的总结。结果:单反结果突出了社区对该主题的热情,以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系,以加深域名研究。最后,它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性,这些主要柱主要主要研究。结论:我们强调了目前部署的努力,以实现ML基于ML的软件系统,并讨论了一些未来的研究方向。
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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。
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我们的世界越来越被具有不同自治程度的智能机器人所笼罩。为了将自己无缝整合到我们的社会中,即使在没有人类的直接投入的情况下,这些机器也应具有导航日常工作复杂性的能力。换句话说,我们希望这些机器人了解其合作伙伴的意图,以预测帮助他们的最佳方法。在本文中,我们介绍了Casper(社会感知和在机器人中参与的认知体系结构):一种象征性认知体系结构,使用定性的空间推理来预测另一个代理的追求目标并计算最佳的协作行为。这是通过平行过程的集合来执行的,该过程对低级动作识别和高级目标理解进行建模,这两者都经过正式验证。我们已经在模拟的厨房环境中测试了这种体系结构,我们收集的结果表明,机器人能够认识到一个持续的目标并适当合作实现其成就。这证明了对定性空间关系的新使用,该空间关系应用于人类机器人相互作用领域的意图阅读问题。
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The stock market prediction has been a traditional yet complex problem researched within diverse research areas and application domains due to its non-linear, highly volatile and complex nature. Existing surveys on stock market prediction often focus on traditional machine learning methods instead of deep learning methods. Deep learning has dominated many domains, gained much success and popularity in recent years in stock market prediction. This motivates us to provide a structured and comprehensive overview of the research on stock market prediction focusing on deep learning techniques. We present four elaborated subtasks of stock market prediction and propose a novel taxonomy to summarize the state-of-the-art models based on deep neural networks from 2011 to 2022. In addition, we also provide detailed statistics on the datasets and evaluation metrics commonly used in the stock market. Finally, we highlight some open issues and point out several future directions by sharing some new perspectives on stock market prediction.
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即将开发我们呼叫所体现的系统的新一代越来越自主和自学习系统。在将这些系统部署到真实上下文中,我们面临各种工程挑战,因为它以有益的方式协调所体现的系统的行为至关重要,确保他们与我们以人为本的社会价值观的兼容性,并且设计可验证安全可靠的人类-Machine互动。我们正在争辩说,引发系统工程将来自嵌入到体现系统的温室,并确保动态联合的可信度,这种情况意识到的情境意识,意图,探索,探险,不断发展,主要是不可预测的,越来越自主的体现系统在不确定,复杂和不可预测的现实世界环境中。我们还识别了许多迫切性的系统挑战,包括可信赖的体现系统,包括强大而人为的AI,认知架构,不确定性量化,值得信赖的自融化以及持续的分析和保证。
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蒙特卡洛树搜索(MCT)是设计游戏机器人或解决顺序决策问题的强大方法。该方法依赖于平衡探索和开发的智能树搜索。MCT以模拟的形式进行随机抽样,并存储动作的统计数据,以在每个随后的迭代中做出更有教育的选择。然而,该方法已成为组合游戏的最新技术,但是,在更复杂的游戏(例如那些具有较高的分支因素或实时系列的游戏)以及各种实用领域(例如,运输,日程安排或安全性)有效的MCT应用程序通常需要其与问题有关的修改或与其他技术集成。这种特定领域的修改和混合方法是本调查的主要重点。最后一项主要的MCT调查已于2012年发布。自发布以来出现的贡献特别感兴趣。
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Recent progress in artificial intelligence (AI) has renewed interest in building systems that learn and think like people. Many advances have come from using deep neural networks trained end-to-end in tasks such as object recognition, video games, and board games, achieving performance that equals or even beats humans in some respects. Despite their biological inspiration and performance achievements, these systems differ from human intelligence in crucial ways. We review progress in cognitive science suggesting that truly human-like learning and thinking machines will have to reach beyond current engineering trends in both what they learn, and how they learn it. Specifically, we argue that these machines should (a) build causal models of the world that support explanation and understanding, rather than merely solving pattern recognition problems; (b) ground learning in intuitive theories of physics and psychology, to support and enrich the knowledge that is learned; and (c) harness compositionality and learning-to-learn to rapidly acquire and generalize knowledge to new tasks and situations. We suggest concrete challenges and promising routes towards these goals that can combine the strengths of recent neural network advances with more structured cognitive models.
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主动位置估计(APE)是使用一个或多个传感平台本地化一个或多个目标的任务。 APE是搜索和拯救任务,野生动物监测,源期限估计和协作移动机器人的关键任务。 APE的成功取决于传感平台的合作水平,他们的数量,他们的自由度和收集的信息的质量。 APE控制法通过满足纯粹剥削或纯粹探索性标准,可以实现主动感测。前者最大限度地减少了位置估计的不确定性;虽然后者驱动了更接近其任务完成的平台。在本文中,我们定义了系统地分类的主要元素,并批判地讨论该域中的最新状态。我们还提出了一个参考框架作为对截图相关的解决方案的形式主义。总体而言,本调查探讨了主要挑战,并设想了本地化任务的自主感知系统领域的主要研究方向。促进用于搜索和跟踪应用的强大主动感测方法的开发也有益。
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可接受的是指对象允许的可能动作的感知。尽管其与人计算机相互作用有关,但没有现有理论解释了支撑无力形成的机制;也就是说,通过交互发现和适应的充分性。基于认知科学的加固学习理论,提出了一种综合性的无力形成理论。关键假设是用户学习在存在增强信号(成功/故障)时将有前途的电机动作与经验相关联。他们还学会分类行动(例如,“旋转”拨号),使他们能够命名和理由的能力。在遇到新颖的小部件时,他们概括这些行动的能力决定了他们感受到的能力。我们在虚拟机器人模型中实现了这个理论,它展示了在交互式小部件任务中的人性化适应性。虽然其预测与人类数据的趋势对齐,但人类能够更快地适应能力,表明存在额外机制。
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