当人类与机器人互动时，不可避免地会影响。考虑一辆在人类附近行驶的自动驾驶汽车：自动驾驶汽车的速度和转向将影响人类驾驶方式。先前的作品开发了框架，使机器人能够影响人类对所需行为的影响。但是，尽管这些方法在短期（即前几个人类机器人相互作用）中有效，但我们在这里探索了长期影响（即同一人与机器人之间的重复相互作用）。我们的主要见解是，人类是动态的：人们适应机器人，一旦人类学会预见机器人的行为，现在影响力的行为可能会失败。有了这种见解，我们在实验上证明了一种普遍的游戏理论形式主义，用于产生有影响力的机器人行为，而不是重复互动的有效性降低。接下来，我们为Stackelberg游戏提出了三个修改，这些游戏使机器人的政策具有影响力和不可预测性。我们最终在模拟和用户研究中测试了这些修改：我们的结果表明，故意使他们的行为更难预期的机器人能够更好地维持对长期互动的影响。在此处查看视频：https：//youtu.be/ydo83cgjz2q

When robots interact with humans in homes, roads, or factories the human's behavior often changes in response to the robot. Non-stationary humans are challenging for robot learners: actions the robot has learned to coordinate with the original human may fail after the human adapts to the robot. In this paper we introduce an algorithmic formalism that enables robots (i.e., ego agents) to co-adapt alongside dynamic humans (i.e., other agents) using only the robot's low-level states, actions, and rewards. A core challenge is that humans not only react to the robot's behavior, but the way in which humans react inevitably changes both over time and between users. To deal with this challenge, our insight is that -- instead of building an exact model of the human -- robots can learn and reason over high-level representations of the human's policy and policy dynamics. Applying this insight we develop RILI: Robustly Influencing Latent Intent. RILI first embeds low-level robot observations into predictions of the human's latent strategy and strategy dynamics. Next, RILI harnesses these predictions to select actions that influence the adaptive human towards advantageous, high reward behaviors over repeated interactions. We demonstrate that -- given RILI's measured performance with users sampled from an underlying distribution -- we can probabilistically bound RILI's expected performance across new humans sampled from the same distribution. Our simulated experiments compare RILI to state-of-the-art representation and reinforcement learning baselines, and show that RILI better learns to coordinate with imperfect, noisy, and time-varying agents. Finally, we conduct two user studies where RILI co-adapts alongside actual humans in a game of tag and a tower-building task. See videos of our user studies here: https://youtu.be/WYGO5amDXbQ

当机器人与人类伴侣互动时，这些合作伙伴通常会因机器人而改变其行为。一方面，这是具有挑战性的，因为机器人必须学会与动态合作伙伴进行协调。但是，另一方面 - 如果机器人理解这些动态 - 它可以利用自己的行为，影响人类，并指导团队进行有效的协作。先前的研究使机器人能够学会影响其他机器人或模拟药物。在本文中，我们将这些学习方法扩展到现在影响人类。使人类特别难影响的原因是 - 人类不仅对机器人做出反应 - 而且单个用户对机器人的反应可能会随着时间而改变，而且不同的人类会以不同的方式对相同的机器人行为做出反应。因此，我们提出了一种强大的方法，该方法学会影响不断变化的伴侣动态。我们的方法首先在重复互动中与一组合作伙伴进行训练，并学会根据以前的状态，行动和奖励来预测当前伙伴的行为。接下来，我们通过对机器人与原始合作伙伴学习的轨迹进行采样轨迹迅速适应了新合作伙伴，然后利用这些现有行为来影响新的合作伙伴动态。我们将最终的算法与跨模拟环境和用户研究进行比较，并在其中进行了机器人和参与者协作建造塔楼的用户研究。我们发现，即使合作伙伴遵循新的或意外的动态，我们的方法也优于替代方案。用户研究的视频可在此处获得：https：//youtu.be/lyswm8an18g

人类可以利用身体互动来教机器人武器。这种物理互动取决于任务，用户以及机器人到目前为止所学的内容。最先进的方法专注于从单一模态学习，或者假设机器人具有有关人类预期任务的先前信息，从而结合了多个互动类型。相比之下，在本文中，我们介绍了一种算法形式主义，该算法从演示，更正和偏好中学习。我们的方法对人类想要教机器人的任务没有任何假设。取而代之的是，我们通过将人类的输入与附近的替代方案进行比较，从头开始学习奖励模型。我们首先得出损失函数，该功能训练奖励模型的合奏，以匹配人类的示范，更正和偏好。反馈的类型和顺序取决于人类老师：我们使机器人能够被动地或积极地收集此反馈。然后，我们应用受约束的优化将我们学习的奖励转换为所需的机器人轨迹。通过模拟和用户研究，我们证明，与现有基线相比，我们提出的方法更准确地从人体互动中学习了操纵任务，尤其是当机器人面临新的或意外的目标时。我们的用户研究视频可在以下网址获得：https：//youtu.be/fsujstyveku

随着越来越多的自主车辆（AVS）正在公共道路上部署，为他们设计的社会兼容行为变得越来越重要。为了产生安全和有效的行动，AVS不仅需要预测其他交通参与者的未来行为，而且需要意识到与这种行为预测相关的不确定性。在本文中，我们提出了一个不确定的综合预测和规划（UAPP）框架。它允许AVS推断在线其他道路用户的特征，并不仅可以为自己的奖励提供优化的行为，也可以对他人提供礼貌，以及他们对预测不确定性的信心。我们首先提出了礼貌和信心的定义。基于此，探讨了对互动驾驶场景中AVS行为的影响。此外，我们通过将产生的行为与地面真理进行比较来评估自然主义人类驾驶数据的提议算法。结果表明，在线推断可以显着提高所产生行为的人类肖像。此外，我们发现人类的司机对他人表示非常适合那些没有权利的人。我们还发现，这种驾驶偏好在不同的文化中有所不同。

我们展示了单轨道路问题。在这个问题中，两个代理在一条道路的相对位置时面对每个代理，这一次只能有一个试剂通过。我们专注于一个代理人是人类的情景，而另一个是一种自主代的代理人。我们在一个简单的网格域中与人类对象进行实验，这模拟了单轨道路问题。我们表明，当数据有限时，建立准确的人类模型是非常具有挑战性的，并且基于该数据的加强学习代理在实践中表现不佳。但是，我们表明，试图最大限度地提高人力效用和自己的实用程序的线性组合的代理，达到了高分，并且显着优于其他基线，包括试图仅最大化其自身的实用性的代理。

一般而言，融合是人类驱动因素和自治车辆的具有挑战性的任务，特别是在密集的交通中，因为合并的车辆通常需要与其他车辆互动以识别或创造间隙并安全合并。在本文中，我们考虑了强制合并方案的自主车辆控制问题。我们提出了一种新的游戏 - 理论控制器，称为领导者跟随者游戏控制器（LFGC），其中自主EGO车辆和其他具有先验不确定驾驶意图的车辆之间的相互作用被建模为部分可观察到的领导者 - 跟随游戏。 LFGC估计基于观察到的轨迹的其他车辆在线在线，然后预测其未来的轨迹，并计划使用模型预测控制（MPC）来同时实现概率保证安全性和合并目标的自我车辆自己的轨迹。为了验证LFGC的性能，我们在模拟和NGSIM数据中测试它，其中LFGC在合并中展示了97.5％的高成功率。

嘈杂的传感，不完美的控制和环境变化是许多现实世界机器人任务的定义特征。部分可观察到的马尔可夫决策过程（POMDP）提供了一个原则上的数学框架，用于建模和解决不确定性下的机器人决策和控制任务。在过去的十年中，它看到了许多成功的应用程序，涵盖了本地化和导航，搜索和跟踪，自动驾驶，多机器人系统，操纵和人类机器人交互。这项调查旨在弥合POMDP模型的开发与算法之间的差距，以及针对另一端的不同机器人决策任务的应用。它分析了这些任务的特征，并将它们与POMDP框架的数学和算法属性联系起来，以进行有效的建模和解决方案。对于从业者来说，调查提供了一些关键任务特征，以决定何时以及如何成功地将POMDP应用于机器人任务。对于POMDP算法设计师，该调查为将POMDP应用于机器人系统的独特挑战提供了新的见解，并指出了有希望的新方向进行进一步研究。

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。

游戏理论运动计划者是控制多个高度交互式机器人系统的有效解决方案。大多数现有的游戏理论规划师不切实际地假设所有代理都可以使用先验的目标功能知识。为了解决这个问题，我们提出了一个容忍度的退缩水平游戏理论运动计划者，该计划者利用了与意图假设的可能性相互交流。具体而言，机器人传达其目标函数以结合意图。离散的贝叶斯过滤器旨在根据观察到的轨迹与传达意图的轨迹之间的差异来实时推断目标。在仿真中，我们考虑了三种安全至关重要的自主驾驶场景，即超车，车道交叉和交叉点，以证明我们计划者在存在通信网络中存在错误的传输情况下利用替代意图假设来产生安全轨迹的能力。

当人类彼此合作时，他们经常通过观察他人来做出决定，并考虑到他们的行为可能在整个团队中的后果，而不是贪婪地做到最好的事情。我们希望我们的AI代理商通过捕获其合作伙伴的模型来有效地以类似的方式协作。在这项工作中，我们提出并分析了分散的多武装强盗（MAB）问题，耦合奖励作为更一般的多代理协作的抽象。我们展示了当申请分散的强盗团队时单代理最佳MAB算法的NA \“IVE扩展失败。相反，我们提出了一个合作伙伴感知策略，用于联合连续决策，这些策略扩展了众所周知的单王子的上置信度算法。我们分析表明，我们的拟议战略达到了对数遗憾，并提供了涉及人类AI和人机协作的广泛实验，以验证我们的理论发现。我们的结果表明，拟议的合作伙伴感知策略优于其他已知方法，以及我们的人类主题研究表明人类宁愿与实施我们合作伙伴感知战略的AI代理商合作。

真实世界的机器人任务需要复杂的奖励功能。当我们定义机器人需要解决的问题时，我们假装设计人员确切地指定了这种复杂的奖励，并且从那时起，它被设置为石头。然而，在实践中，奖励设计是一个迭代过程：设计师选择奖励，最终遇到奖励激励错误行为的“边缘案例”环境，修改奖励和重复。重新思考机器人问题是什么意思，正式占奖励设计的这种迭代性质？我们建议机器人不采取特定的奖励，而是对其进行不确定性，并占未来设计迭代作为未来的证据。我们贡献了辅助奖励设计方法，通过预测和影响未来的证据来加速设计过程：而不是让设计师最终遇到故障情况并修改奖励，该方法在开发阶段主动地将设计者暴露于这种环境。我们在简化的自主驾驶任务中测试此方法，并发现它通过提出当前奖励的“边缘案例”的环境，更快地提高汽车的行为。

Humans have internal models of robots (like their physical capabilities), the world (like what will happen next), and their tasks (like a preferred goal). However, human internal models are not always perfect: for example, it is easy to underestimate a robot's inertia. Nevertheless, these models change and improve over time as humans gather more experience. Interestingly, robot actions influence what this experience is, and therefore influence how people's internal models change. In this work we take a step towards enabling robots to understand the influence they have, leverage it to better assist people, and help human models more quickly align with reality. Our key idea is to model the human's learning as a nonlinear dynamical system which evolves the human's internal model given new observations. We formulate a novel optimization problem to infer the human's learning dynamics from demonstrations that naturally exhibit human learning. We then formalize how robots can influence human learning by embedding the human's learning dynamics model into the robot planning problem. Although our formulations provide concrete problem statements, they are intractable to solve in full generality. We contribute an approximation that sacrifices the complexity of the human internal models we can represent, but enables robots to learn the nonlinear dynamics of these internal models. We evaluate our inference and planning methods in a suite of simulated environments and an in-person user study, where a 7DOF robotic arm teaches participants to be better teleoperators. While influencing human learning remains an open problem, our results demonstrate that this influence is possible and can be helpful in real human-robot interaction.

自动驾驶汽车的一个主要挑战是安全，平稳地与其他交通参与者进行互动。处理此类交通交互的一种有希望的方法是为自动驾驶汽车配备与感知的控制器（IACS）。这些控制器预测，周围人类驾驶员将如何根据驾驶员模型对自动驾驶汽车的行为做出响应。但是，很少验证IACS中使用的驱动程序模型的预测有效性，这可能会限制IACS在简单的模拟环境之外的交互功能。在本文中，我们认为，除了评估IAC的互动能力外，还应在自然的人类驾驶行为上验证其潜在的驱动器模型。我们为此验证提出了一个工作流程，其中包括基于方案的数据提取和基于人为因素文献的两阶段（战术/操作）评估程序。我们在一项案例研究中证明了该工作流程，该案例研究对现有IAC复制的基于反向的基于学习的驱动程序模型。该模型仅在40％的预测中显示出正确的战术行为。该模型的操作行为与观察到的人类行为不一致。案例研究表明，有原则的评估工作流程是有用和需要的。我们认为，我们的工作流将支持为将来的自动化车辆开发适当的驾驶员模型。

在人类居住的环境中使用机器人的挑战是设计对人类互动引起的扰动且鲁棒的设计行为。我们的想法是用内在动机（IM）拟订机器人，以便它可以处理新的情况，并作为人类的真正社交，因此对人类互动伙伴感兴趣。人机互动（HRI）实验主要关注脚本或远程机器人，这是模拟特性，如IM来控制孤立的行为因素。本文介绍了一个“机器人学家”的研究设计，允许比较自主生成的行为彼此，而且首次评估机器人中基于IM的生成行为的人类感知。我们在受试者内部用户学习（n = 24），参与者与具有不同行为制度的完全自主的Sphero BB8机器人互动：一个实现自适应，本质上动机的行为，另一个是反应性的，但不是自适应。机器人及其行为是故意最小的，以专注于IM诱导的效果。与反应基线行为相比，相互作用后问卷的定量分析表明对尺寸“温暖”的显着提高。温暖被认为是人类社会认知中社会态度形成的主要维度。一种被认为是温暖（友好，值得信赖的）的人体验更积极的社交互动。

在本文中，我们研究了不确定性下的顺序决策任务中可读性的概念。以前的作品将易读性扩展到了机器人运动以外的方案，要么集中在确定性设置上，要么在计算上太昂贵。我们提出的称为POL-MDP的方法能够处理不确定性，同时保持计算障碍。在几种不同复杂性的模拟场景中，我们建立了反对最新方法的方法的优势。我们还展示了将我们的清晰政策用作反向加强学习代理的示范，并根据最佳政策建立了他们的优越性。最后，我们通过用户研究评估计算政策的可读性，在该研究中，要求人们通过观察其行动来推断移动机器人的目标。

行人在场的运动控制算法对于开发安全可靠的自动驾驶汽车（AV）至关重要。传统运动控制算法依赖于手动设计的决策政策，这些政策忽略了AV和行人之间的相互作用。另一方面，深度强化学习的最新进展允许在没有手动设计的情况下自动学习政策。为了解决行人在场的决策问题，作者介绍了一个基于社会价值取向和深入强化学习（DRL）的框架，该框架能够以不同的驾驶方式生成决策政策。该政策是在模拟环境中使用最先进的DRL算法培训的。还引入了适合DRL训练的新型计算效率的行人模型。我们执行实验以验证我们的框架，并对使用两种不同的无模型深钢筋学习算法获得的策略进行了比较分析。模拟结果表明，开发的模型如何表现出自然的驾驶行为，例如短暂的驾驶行为，以促进行人的穿越。

这项工作研究了以下假设：与人类驾驶状态的部分可观察到的马尔可夫决策过程（POMDP）计划可以显着提高自动高速公路驾驶的安全性和效率。我们在模拟场景中评估了这一假设，即自动驾驶汽车必须在快速连续中安全执行三个车道变化。通过观测扩大（POMCPOW）算法，通过部分可观察到的蒙特卡洛计划获得了近似POMDP溶液。这种方法的表现优于过度自信和保守的MDP基准，匹配或匹配效果优于QMDP。相对于MDP基准，POMCPOW通常将不安全情况的速率降低了一半或将成功率提高50％。

Robots such as autonomous vehicles and assistive manipulators are increasingly operating in dynamic environments and close physical proximity to people. In such scenarios, the robot can leverage a human motion predictor to predict their future states and plan safe and efficient trajectories. However, no model is ever perfect -- when the observed human behavior deviates from the model predictions, the robot might plan unsafe maneuvers. Recent works have explored maintaining a confidence parameter in the human model to overcome this challenge, wherein the predicted human actions are tempered online based on the likelihood of the observed human action under the prediction model. This has opened up a new research challenge, i.e., \textit{how to compute the future human states online as the confidence parameter changes?} In this work, we propose a Hamilton-Jacobi (HJ) reachability-based approach to overcome this challenge. Treating the confidence parameter as a virtual state in the system, we compute a parameter-conditioned forward reachable tube (FRT) that provides the future human states as a function of the confidence parameter. Online, as the confidence parameter changes, we can simply query the corresponding FRT, and use it to update the robot plan. Computing parameter-conditioned FRT corresponds to an (offline) high-dimensional reachability problem, which we solve by leveraging recent advances in data-driven reachability analysis. Overall, our framework enables online maintenance and updates of safety assurances in human-robot interaction scenarios, even when the human prediction model is incorrect. We demonstrate our approach in several safety-critical autonomous driving scenarios, involving a state-of-the-art deep learning-based prediction model.

在过去的几十年中，多机构增强学习（MARL）一直在学术界和行业受到广泛关注。 MAL中的基本问题之一是如何全面评估不同的方法。在视频游戏或简单的模拟场景中评估了大多数现有的MAL方法。这些方法在实际情况下，尤其是多机器人系统中的性能仍然未知。本文介绍了一个可扩展的仿真平台，用于多机器人增强学习（MRRL），称为SMART，以满足这一需求。确切地说，智能由两个组成部分组成：1）一个模拟环境，该环境为培训提供了各种复杂的交互场景，以及2）现实世界中的多机器人系统，用于现实的性能评估。此外，SMART提供了代理环境API，这些API是算法实现的插件。为了说明我们平台的实用性，我们就合作驾驶车道变更方案进行了案例研究。在案例研究的基础上，我们总结了MRRL的一些独特挑战，这些挑战很少被考虑。最后，我们为鼓励和增强MRRL研究的仿真环境，相关的基准任务和最先进的基线开放。