Decision Making in Human-Robot Interaction

Processus décisionnels pour l'interaction homme-robot Un intérêt croissant est aujourd'hui porté sur les robots capables de conduire des activités de collaboration d'une manière naturelle et efficace. Nous avons développé une architecture et un système qui traitent des aspects décisionnels de ce problème. Nous avons mis en oeuvre cette architecture pour traiter trois problèmes différents: le robot observateur, le robot équipier et enfin le robot instructeur. Dans cette thèse, nous discutons des défis et problématiques de la coopération homme-robot, puis nous décrivons l'architecture que nous avons développée et enfin détaillons sa mise oeuvre et les algorithmiques spécifiques à chacun des scénarios.Dans le cadre du scénario du robot observateur, le robot maintient un état du monde à jour au moyen d'un raisonnement géométrique effectué sur les données de perception, produisant ainsi une description symbolique de l'état du monde et des agents présents. Nous montrons également, sur la base d'un système de raisonnement intégrant des processus de décision de Markov (MDPs) et des réseaux Bayésiens, comment le robot est capable d'inférer les intentions et les actions futures de ses partenaires humain, à partir d'une observation de leurs mouvements relatifs aux objets de l'environnement. Nous identifions deux types de comportements proactifs : corriger les croyances de l'homme en lui fournissant l'information pertinente qui lui permettra de réaliser son but, aider physiquement la personne dans la réalisation de sa tâche, une fois celle-ci identifiée par le robot.Dans le cas du robot équipier, ce dernier doir réaliser une tâche en coopération avec un partenaire human. Nous introduisons un planificateur nommé Human-Aware Task Planner et détaillons la gestion par notre systeme du plan partagé par un composant appelé Plan Management component. Grâce à se système, le robot peut collaborer avec les hommes selon trois modalités différentes : robot leader, human leader, ou equal partners. Nous discutons des fonctions qui permettent au robot de suivre les actions de son partenaire humain et de vérifier qu'elles sont compatibles ou non avec le plan partagé et nous montrons comment le robot est capable de produire des comportements sûrs qui permettent de réaliser la tâche en prenant en compte de manière explicite la présence et les actions de l'homme ainsi que ses préférences. L'approche est fondée sur des processus décisionnels de Markov hiérarchisés avec observabilité mixte et permet d'estimer l'engagement de l'homme et de réagir en conséquence à différents niveaux d'abstraction. Enfin, nous discutions d'une approche prospective fondée sur un planificateur multi-agent probabiliste mettant en œuvre des MDPs et de sa pertinence quant à l'amélioration du composant de gestion de plan partagé.Dans le scénario du robot instructeur, nous détaillons les processus décisionnels qui permettent au robot d'adapter le plan partagé (shared plan) en fonction de l'état de connaissance et des désirs de son partenaire humain. Selon, le cas, le robot donne plus ou moins de détails sur le plan et adapte son comportement aux connaissances de l'homme ; Une étude utilisateur a également été menée permettant de valider la pertinence de cette approche.Finalement, nous présentons la mise en œuvre d'un robot guide autonome et détaillons les processu décisionnels que nous y avons intégrés pour lui permettre de guider des voyageurs dans un hall d'aéroport en s'adaptant au mieux au contexte et aux désirs des personnes guidées. Nous illustrons dans ce contexte des comportement adaptatifs et pro-actifs. Ce système a été effectivement intégré sur le robot Spencer qui a été déployé dans le terminal principal de l'aéroport d'Amsterdam (Schiphol). Le robot a fonctionné de manière robuste et satisfaisante. Une étude utilisateur a permis, dans ce cas également, de mesurer les performances et de valider le système.