The interaction and collaboration between humans and multiple robots represent a novel field of research known as human multi-robot systems. Adequately designed systems within this field allow teams composed of both humans and robots to work together effectively on tasks such as monitoring, exploration, and search and rescue operations. This paper presents a deep reinforcement learning-based affective workload allocation controller specifically for multi-human multi-robot teams. The proposed controller can dynamically reallocate workloads based on the performance of the operators during collaborative missions with multi-robot systems. The operators' performances are evaluated through the scores of a self-reported questionnaire (i.e., subjective measurement) and the results of a deep learning-based cognitive workload prediction algorithm that uses physiological and behavioral data (i.e., objective measurement). To evaluate the effectiveness of the proposed controller, we use a multi-human multi-robot CCTV monitoring task as an example and carry out comprehensive real-world experiments with 32 human subjects for both quantitative measurement and qualitative analysis. Our results demonstrate the performance and effectiveness of the proposed controller and highlight the importance of incorporating both subjective and objective measurements of the operators' cognitive workload as well as seeking consent for workload transitions, to enhance the performance of multi-human multi-robot teams.


翻译:人类与多个机器人之间的交互与协作代表了人类多机器人系统这一领域的新兴研究方向。在该领域内设计得当的系统允许由人类和机器人组成的团队在监控、探索和搜索救援等任务中有效地协同工作。本文提出了一种基于深度强化学习的情感负载分配控制器,专为多人多机器人团队而设计。所提出的控制器可以根据操作员在多机器人系统协同任务中的表现动态重新分配工作负载。操作员的表现通过自我报告问卷的分数(即主观测量)和基于生理和行为数据的深度学习认知负载预测算法的结果(即客观测量)进行评估。为了评估所提出的控制器的有效性,我们以多人多机器人的闭路电视监控任务为例,并进行全面的32名人类受试者实验,进行量化测量和质性分析。实验结果表明了所提出的控制器的性能和有效性,并强调了将操作员的认知负载的主观和客观测量都纳入考虑,以及在负载转换时寻求同意,可以增强多人多机器人团队的性能。

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