家庭机器人仿真比赛规则

2012中中中国国国机机机器器器人人人大大大赛赛赛家家家庭庭庭机机机器器器人人人仿仿仿真真真比比比赛赛赛规规规则则则2012年11月7日适用于2012中国机器人大赛暨RoboCup公开赛家庭机器人仿真目目目录录录第第第一一一章章章概概概述述述31.1家庭机器人仿真比赛.......................31.2规则更新.............................4第第第二二二章章章基基基本本本规规规定定定52.1简介................................52.2场景描述.............................52.3机器人物理行动..........................72.4人机交互和观察行动.......................92.5任务描述.............................92.5.1指令交互项目.......................102.5.2自然语言交互项目....................12第第第三三三章章章评评评分分分标标标准准准14第第第四四四章章章比比比赛赛赛平平平台台台164.1平台依赖.............................184.2平台接口.............................184.2.1场景描述格式.......................184.2.2任务描述格式.......................194.3平台运行以及调试........................20第第第五五五章章章赛赛赛事事事流流流程程程225.1第一阶段.............................225.2第二阶段.............................24第第第六六六章章章赛赛赛事事事意意意义义义25第第第七七七章章章可可可用用用资资资源源源26附附附录录录A补补补充充充材材材料料料27A.1物体种类清单...........................271附附附录录录B比比比赛赛赛问问问题题题的的的形形形式式式化化化描描描述述述28B.1物理行动的PDDL描述......................28B.2场景描述PDDL描述举例....................312第第第一一一章章章概概概述述述1.1家家家庭庭庭机机机器器器人人人仿仿仿真真真比比比赛赛赛家庭机器人仿真比赛立足于面向室内环境的服务机器人的高层功能的探索，主要包括人机交互、自动规划、推理、环境感知和重新规划。为此，将家庭机器人抽象为仿真机器人，并以仿真的室内环境为测试环境，将人机交互抽象为自然语言或命令语言表达的任务描述和人机对话，将机器人感知数据抽象为文件格式的场景描述、观察反馈和执行反馈。家庭机器人仿真比赛针对自主机器人在家庭环境中的典型应用来设置一系列场景，以测试参赛程序的性能。具体说来，一开始仅被告知部分的环境初始状态和需完成的任务，参赛程序可以通过人机交互（向平台提问）或观察环境的行动以获取缺乏的信息，以便规划出行动序列来完成任务。但初始状态信息和人机交互结果有可能是错误的，从而出现规划结果中某行动无法执行的情况。此时，参赛程序会获得平台反馈的失败结果，并据此进行重新规划。其中，人机交互过程分别用指令语言和自然语言表达，从而构成本赛事的两个不同的比赛项目――指令语言交互项目和自然语言交互项目。比赛基于一个3D仿真机器人，它有一组固定的原子行动(primitiveactions)，包括九种物理行动、人机交互行动和观察行动，对所有问题都不变。本次仿真赛采用的仿真机器人如图1.1所示，考虑基于其功能的机器人问题求解。此机器人有两个轮子（可以移动），手臂上有一个手爪（一次只能抓取一个东西），和一个盘子（上面只能放一个物体），体现基本的移动、抓取、放下、开门、关门等能力。同时，机器人可以向环境中用户提问，实现人机交互，也可以观察自身周围环境。在这些功能基础上，测试机器人的人机交互、自动规划、推理、观察、重新规划等能力。家庭机器人仿真比赛要求参赛程序对比赛平台提供的每一个场景，根据其初始状态描述和任务描述，在规定时间内，通过人机交互或观察行动获取必要的环境信息，自动规划出物理行动序列以实现目标，并根据行动3反馈，调整规划结果，保证最终完成任务。比赛平台将根据参赛程序在此过程中的整体性能打分，并根据一个阶段中所有问题的总分决定参赛程序在该阶段的排名。比赛的主要规定、评分标准、赛事程序、详细的参赛程序接口和比赛平台在以下章节逐一介绍。本规则由服务机器人仿真比赛技术委员会负责解释。联系人：吉建民（jianmin[at]ustc.edu.cn）。图1.1:机器人模型1.2规规规则则则更更更新新新今年规则对之前规则做了较大修改，在自动规划基础上增加人机交互和重新规划内容。为此，比赛平台也会全新改版。4第第第二二二章章章基基基本本本规规规定定定2.1简简简介介介比赛过程中，机器人可选的物理行动、人机交互行动和观察行动是固定的。其中，物理行动包括移动、抓取、放下等机器人基本动作，每执行一个物理行动，平台会反馈其执行结果（成功或失败）。人机交互行动用来模拟机器人向用户提问，目前只有一个行动，问某具体物体所在的位置。平台根据一定概率，有三种可能的回答――正确位置，错误位置和不知道，并且对同一个问题，始终只有一种特定的回答。观察行动用来模拟机器人通过传感器对自身位置附近的观察，假设观察行动能够正确的告诉机器人当前所在位置的所有物体。每个测试都基于一个完整的环境场景。一开始，参赛程序将获得环境的部分初始状态，包括环境中出现的所有物体，环境中所有大物体的位置信息，机器人状态信息，和部分小物体位置信息。其中，小物体位置信息有一定概率会出错。同时，参赛程序也被告知需要完成的多个任务。其中，完成任务所需的一些位置信息，可能事先不知道或有错误，参赛程序可以通过人机交互行动或观察行动获取相关信息，也可以盲目搜索整个环境。参赛程序每执行一个行动，平台将反馈执行结果。目前，只有一种情况下行动会执行失败，当机器人要抓取物体𝑋，而𝑋不在当前位置时，此行动执行失败。此时，参赛程序可以通过人机交互行动或去其他位置观察来获取𝑋的位置，重新规划，以最终完成所有任务。2.2场场场景景景描描描述述述场景描述规定当前机器人所面临的环境状态，即当前环境中出现的物体及其属性，包括物体的种类、位置和其他属性，以及机器人的状态等。此次仿真比赛中，场景描述的内容包括：5∙场景大小：在整个比赛中保持不变（10×10米）。∙场景中物体描述：用编号表示不同的物体，对每个编号有相应的描述，包括物体的种类、位置和其他属性。这些描述都是可选的，有些物体可能没有完整的描述。其中有一个特殊的物体――人(sort:human)，代表用户。比赛提供的所有场景中，有且仅有一个人（以下称为用户），并且在每一个任务的求解和执行过程中其状态不会改变。其他物体的具体描述内容包括：–sort：物体的种类，例如:book,cup,bottle,table,chair,microwave等。物体种类清单在附录A.1中给出。–color：物体的颜色：white,red,green,yellow,blue,black。–size：物体的类型：big,small。small和big用来区分物体是否可以被机器人移动，据此物体可以分为两类：*“大物体”：机器人无法移动的物体，由于没有外部影响，它们的位置和状态在一个给定的问题中不会改变。“大物体”包括“小物体”可以放在上面的家具，如table,chair等，也包括“小物体”可以放在里面的家具或家电，如closet,refrigerator,microwave等。*“小物体”：机器人可以移动的物体，位置可以改变，通常在“大物体”上面或里面。–location:为整数数值，代表不同的位置编号，并且假设，任意不同的两个位置之间是可达的，即机器人可以从任意位置移动到目标位置𝑋。一个位置内，可以同时放置多个物体，但至多只能有一个“大物体”。同时，机器人通过观察行动可以获得当前位置上的所有物体，但不包括在其他物体里面并且门没有开的“小物体”。–type:目前需要额外说明的类型只有一种container，家庭环境中closet,refrigerator,microwave等都是container。这里假设每个容器都有门可以开关，同时小物体可以放在容器中，也可以从容器中取出。具体对应的状态包括：*inside:表示“小物体”𝐴（物体编号）在“大物体”𝐵里面。*opened:表示“大物体”的门处于开的状态。*closed:表达“大物体”的门处于关的状态。∙机器人状态：机器人有一个手爪，一个盘子，它们上面是否有东西也决定机器人的状态。具体的内容包括：6–location：机器人所在的位置（用0表示机器人），与物体位置的表达相同，机器人手爪和盘子上的东西也和机器人有同一位置。–plate：机器人盘子的状态，赋值为空(用0表示)或者某个“小物体”的编号。–hold：机器人手爪的状态，赋值为空(用0表示)或者某个“小物体”的编号。比赛中所用的场景描述以文件形式存储，具体格式在第3章比赛平台中介绍。比赛平台拥有完整的场景描述，而参赛程序在一开始只能获得部分的场景的描述（缺乏一些小物体的位置信息），并且有一定概率出错（小物体位置有可能出错）。参赛程序可以通过人机交互行动、观察行动和行动反馈更新自己的场景描述。问题求解往往不仅初始状态描述，还需要一些领域知识，例如，一个东西只能有一个位置，机器人盘子中的东西会随着机器人移动。这些知识需要参赛者自己添加。这里只给出了场景描述的文字描述，相应的可以用PlanningDomainDefinitionLanguage(PDDL)1描述，参见附录B.2。比赛中场景描述将以文件形式按一定格式提供给参赛程序，具体细节在比赛平台中介绍。2.3机机机器器器人人人物物物理理理行行行动动动机器人物理行动，体现机器人的基本行动能力，是仿真平台对机器人底层功能的抽象。物理行动由其执行条件和执行效果来刻画，执行条件为一组对场景的约束，执行效果为对场景的改变。我们假定，机器人只能根据这些物理行动来改变场景状态。参赛程序需要根据输入的问题，在规定时间内输出规划结果，即原子行动的序列，并根据平台反馈结果不断调整。其中，比赛平台会反馈每个物理行动是否执行成功，当某行物理动执行失败后，参赛程序需要根据反馈和当前状态重新规划，并将重新规划的结果（行动或行动序列）发给平台执行。若参赛程序发送了两个行动，第一个执行失败了，参赛程序重新发送第三个行动，则平台执行第三个行动，同时忽略第二个行动。最终，平台的评价程序将对最终的执行效果与需要完成的任务做对比，并根据任务完成情况给规划结果打分。具体评分原则在后面章节介绍。本次仿真比赛中，机器人的物理行动为下列九种，在整个比赛中不会改变：1国际规划竞赛中采用的对规划领域描述的标准语言。∙𝑚𝑜𝑣𝑒(𝑋)：机器人移动到位置𝑋。执行条件为机器人不在此位置（我们假设，地图中标出的其他位置都是可达的）。执行效果为机器人移动到了位置𝑋（不再在原来的位置），不受此行动影响的其他状态属性不变（如果机器人手爪拿着东西，或者机器人盘子里面有东西，则这些东西也会随着机器人一起移动）。∙𝑝𝑖𝑐𝑘𝑢𝑝(𝐴)：机器人拿起物体𝐴。执行条件为：𝐴在机器人的可取范围内（机器人与𝐴在同一个位置内，并且不在机器人盘子上），𝐴可以拿的动（𝐴为小物体），𝐴不在其他物体（例如refrigerator）内部，机器人手爪没有拿其他东西。执行效果为机器人手爪拿起了物体𝐴（手爪不再空），其他状态属性不变。∙𝑝𝑢𝑡𝑑𝑜𝑤𝑛(𝐴)：机器人放下物体