Human behavior prediction models enable robots to anticipate how humans may react to their actions, and hence are instrumental to devising safe and proactive robot planning algorithms. However, modeling complex interaction dynamics and capturing the possibility of many possible outcomes in such interactive settings is very challenging, which has recently prompted the study of several different approaches. In this work, we provide a self-contained tutorial on a conditional variational autoencoder (CVAE) approach to human behavior prediction which, at its core, can produce a multimodal probability distribution over future human trajectories conditioned on past interactions and candidate robot future actions. Specifically, the goals of this tutorial paper are to review and build a taxonomy of state-of-the-art methods in human behavior prediction, from physics-based to purely data-driven methods, provide a rigorous yet easily accessible description of a data-driven, CVAE-based approach, highlight important design characteristics that make this an attractive model to use in the context of model-based planning for human-robot interactions, and provide important design considerations when using this class of models.


翻译:人类行为预测模型使机器人能够预测人类如何对其行动作出反应,从而有助于设计安全和主动的机器人规划算法。然而,模拟复杂的互动动态和捕捉在这种互动环境中取得许多可能结果的可能性非常具有挑战性,这最近促使对若干不同方法进行研究。在这项工作中,我们为人类行为预测提供自足的辅导,以有条件的变异自动编码(CVAE)方法为基础,从本质上说,它能够产生一种以过去的互动和候选机器人未来行动为条件的未来人类轨迹的多式概率分布。具体地说,这份指导性文件的目标是审查和建立人类行为预测中最先进方法的分类学,从物理学到纯粹的数据驱动方法,对数据驱动的CVAE方法提供严格而容易获得的描述,突出重要的设计特征,使这一模型在人类-机器人相互作用的模型规划中具有吸引力,并在使用这一模型时提供重要的设计考虑。

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