人形服务机器人情绪行为对用户情感体验的影响研究

摘要

随着劳动力不足、人口老龄化等问题日益严重，人们对服务机器人的需求急剧提升，而人工智能、人机交互技术、物联网技术等先进技术的发展和人均经济水平的提升赋予了服务机器人巨大的发展空间。用户情感体验作为人形服务机器人交互设计和评价中的重要方面，受到工业界和学术界的日益重视。目前，人形服务机器人用户情感体验的研究主要集中在如何设计机器人情绪行为来表达和传递情感，而在用户情感体验的测量以及机器人情绪行为对用户情感体验的影响方面研究较少。 本文结合眼动技术和脑电技术，筛选人形机器人用户情感体验测量的有效指标，探究感知情境下机器人情绪行为对用户情感体验的影响以及音乐交互情境下机器人情绪行为对用户音乐情感体验的影响，主要研究内容如下: (1)广泛阅读与本研究相关的文献，结合Alpha2机器人特性，提取情绪行为要素，设计机器人情绪行为原型。设计并实施机器人情绪行为识别实验，采用主观评价法对机器人情绪行为原型进行评价，筛选识别率较高的机器人情绪行为。 (2)设计感知情境下机器人情绪行为的用户情感体验测量实验，测量被试在观看不同机器人情绪行为时的主观评价数据、眼动数据和脑电数据，并对数据进行预处理。 (3)利用统计学相关方法，分析筛选反映用户情感体验的有效主观评价指标、眼动指标和脑电EEG指标，并对实验中获取的主观指标和眼动指标、脑电指标的关系进行分析，探究感知情景下机器人情绪行为对用户情感体验的影响。 (4)利用用户情感体验测量的有效指标，探究交互情境下机器人情绪行为对用户音乐情感体验的影响。 研究得到的主要结论如下: (1)最大瞳孔直径、平均瞳孔直径和注视时间比率在正性情感和负性情感时，相对中性情感时均显著增大;项区delta波相对能量值在正性情感时，相对中性情感显著增大;与中性相相比，额中线theta波相对能量值在正性情感时显著增大;与中性情感相比，正性情感时左侧额区alpha相对能量值显著降低，delta/alpha、(delta+theta)/(alpha+theta)和(delta+theta)/(alpha+beta)三种相对能量比率均显著增大，负性情感时右侧额区alpha波相对能量值显著降低，三种相对能量比率均显著增大。 (2)机器人的高兴情绪行为能够诱发用户正性情感，悲伤情绪行为能够诱发用户负性情感，而恐惧、中性、愤怒情绪行为未诱发用户显著的情感变化。 (3)机器人情绪行为能增强音乐播放交互过程中用户情感体验。在播放高兴音乐时，机器人高兴情绪行为比中性情绪行为诱发了用户更强烈的正性情感;在播放悲伤音乐时，机器人悲伤的情绪行为比中性情绪行为诱发了用户更强烈的负性情感。 (4)相同机器人情绪行为，在音乐交互情境下的用户情感体验显著高于感知情境下的用户情感体验，音乐能够进一步提升用户对机器人情绪行为的情感体验。

目录

声明

摘要

1．1研究背景

1．1．1服务机器人的应用前景广阔

1．1．2人与机器人交互过程中用户情感体验的重要性

1．1．3研究机器人情绪行为对用户情感体验影响的必要性

1．2问题的提出

1．2．1感知情境下机器人情绪行为对用户情感体验有何影响

1．2．2交互情境下机器人情绪行为对用户情感体验有何影响

1．3研究目的与研究意义

1．3．1研究目的

1．3．2研究意义

1．4研究内容与研究方法

1．4．1研究内容

1．4．2研究方法

1．5技术路线与章节安排

1．5．1技术路线

1．5．2本文章节安排

第2章相关文献综述

2．1文献检索情况

2．1．1检索范围分析

2．1．2相关文献检索情况

2．1．3学术趋势分析

2．2机器人情感表达综述

2．2．1面部情感表达

2．2．2语音情感表达

2．2．3行为情感表达

2．2．4综合情感表达

2．3用户交互情感测量综述

2．3．1主观测量

2．3．2眼动技术与情感测量

2．3．3脑电技术与情感测量

2．3．4眼动和脑电EEG联合与情感测量

2．4用户与机器人交互情感体验综述

2．5文献评述

2．5．1已有研究的贡献

2．5．2已有研究的不足

2．5．3对本研究的启示

2．6本章小结

第3章机器人情绪行为设计及识别实验

3．1机器人情绪行为要素的提取

3．1．1机器人主要情绪行为要素

3．1．2机器人情绪行为要素的筛选

3．2机器人情绪行为原型的设计

3．2．1情绪行为要素组合设计

3．2．2情绪行为的编程实现

3．3机器人情绪行为识别实验及结果分析

3．3．1实验目的

3．3．2机器人情绪行为识别问卷的选取

3．3．3实验设备和实验被试

3．3．4实验流程

3．3．5实验结果分析

3．4本章小结

第4章感知情境下机器人情绪行为的用户情感体验测量实验

4．1用户情感体验测量实验设计

4．1．1实验目的

4．1．2实验任务

4．1．3实验被试

4．1．4实验设备

4．2实验环境与实验过程

4．2．1实验环境

4．2．2实验过程

4．3眼动指标和脑电指标选取

4．3．1眼动指标的预选取

4．3．2脑电指标的预选取

4．4实验数据预处理

4．4．1主观评价指标的数据预处理

4．4．2眼动指标的数据预处理

4．4．3脑电指标的数据预处理

4．5本章小结

第5章机器人情绪行为的用户情感体测量实验结果分析

5．1主观评价指标结果分析

5．2眼动指标结果分析

5．2．1瞳孔直径指标结果分析

5．2．2注视指标结果分析

5．3脑电指标结果分析

5．3．1脑电节律波相对能量值结果分析

5．3．2脑电节律波相对能量比率结果分析

5．4主观评价指标与眼动、脑电指标的关系分析

5．4．1主观评价指标与眼动指标关系分析

5．4．2主观评价指标与脑电指标关系分析

5．5用户情感体验结果讨论与结论

5．6本章小结

第6章交互情境下机器人情绪行为对用户情感体验的影响

6．1机器人音乐交互实验设计

6．1．1实验目的

6．1．2实验任务及被试

6．1．3实验过程

6．2音乐交互实验结果分析

6．2．1主观指标结果分析

6．2．2眼动指标结果分析

6．2．3脑电指标结果分析

6．3不同情境下用户情感体验的对比分析

6．3．1主观指标对比分析

6．3．2眼动指标对比分析

6．3．4脑电指标对比分析

6．4用户情感体验结果讨论及结论

6．4本章小结

第7章结论与展望

7．1本文主要的结论

7．2本文的主要贡献

7．3本文的研究局限

7．4今后研究工作展望

参考文献

致谢

附录