In mobile robot shared control, effectively understanding human motion intention is critical for seamless human-robot collaboration. This paper presents a novel shared control framework featuring planning-level intention prediction. A path replanning algorithm is designed to adjust the robot's desired trajectory according to inferred human intentions. To represent future motion intentions, we introduce the concept of an intention domain, which serves as a constraint for path replanning. The intention-domain prediction and path replanning problems are jointly formulated as a Markov Decision Process and solved through deep reinforcement learning. In addition, a Voronoi-based human trajectory generation algorithm is developed, allowing the model to be trained entirely in simulation without human participation or demonstration data. Extensive simulations and real-world user studies demonstrate that the proposed method significantly reduces operator workload and enhances safety, without compromising task efficiency compared with existing assistive teleoperation approaches.


翻译:在移动机器人共享控制中,有效理解人类运动意图对于实现无缝人机协作至关重要。本文提出了一种新颖的共享控制框架,其核心特征在于规划层意图预测。我们设计了一种路径重规划算法,能够根据推断的人类意图调整机器人的期望轨迹。为表征未来运动意图,我们引入了意图域的概念,将其作为路径重规划的约束条件。意图域预测与路径重规划问题被共同建模为马尔可夫决策过程,并通过深度强化学习求解。此外,开发了一种基于Voronoi图的人类轨迹生成算法,使得模型能够在无需人类参与或演示数据的情况下完全在仿真环境中训练。大量仿真实验与真实用户研究表明,与现有辅助遥操作方法相比,所提方法在未降低任务效率的前提下,显著降低了操作者工作负荷并提升了安全性。

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