将四足机器人改造为视障人士导盲机器人：形式化寻路、交互建模与安全机制

本文探讨了将四足机器人改造为视障人士导盲机器人的设计原则。导盲机器人有巨大潜力解决导盲动物供给有限的问题，目前仅有百分之二到三的潜在盲人或视障（BVI）用户能够获得导盲动物。为构建成功的导盲机器人，本文探讨了三个关键主题：（1）形式化导盲犬与人的导航机制，（2）建立二者交互的数据驱动模型，以及（3）提升用户安全性。首先，我们基于文献与访谈，使用马尔可夫决策过程（Markov Decision Processes）形式化了人-导盲机器人团队的寻路任务。随后，我们收集了三名视障人士与六名视力正常者的真实人机交互数据，并开发了称为“Delayed Harness”的交互模型，以有效模拟该团队的导航行为。此外，我们引入了一种动作屏蔽（action shielding）机制，通过预测并过滤危险动作来增强用户安全。我们在仿真中评估了所开发的交互模型与安全机制，二者分别大幅降低了预测误差与碰撞次数。我们还在搭载刚性挽具的四足机器人上演示了集成系统，引导用户行进超过 100+ 米的轨迹。