儿童陪伴机器人白皮书

儿童陪伴机器人白皮书中国电子技术标准化研究院2023 年 3 月儿童陪伴机器人白皮书主要起草单位中国电子技术标准化研究院华为终端有限公司科大讯飞股份有限公司广州视睿电子科技有限公司重庆凯瑞机器人技术有限公司北京世纪好未来教育科技有限公司安徽淘云科技股份有限公司北京光年无限科技有限公司杭州萤石软件有限公司中国智慧家庭生态联盟深圳市 8K 超高清视频产业协作联盟国家数字音视频及多媒体产品质量检验检测中心国家虚拟现实/增强现实产品质量检验检测中心全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会电子信息产品标准化国家工程研究中心版权声明：本报告版权归属中国电子技术标准化研究院。如需转载或引用，请注明出处。儿童陪伴机器人白皮书第 1 页 共 14 页发展背景随着智能技术、自动化技术的发展及应用，机器人从工业领域逐渐渗透到我们的日常生活中来。从传统的机场、医院、商场等 ToB 应用场景，逐渐走进家庭当中面向个人消费者，家庭场景已然成为机器人发展的下一个重点方向。现代人工作节奏快、生活压力大导致陪伴孩子的时间相对较少，儿童陪伴机器人产品的出现，缓解了家长这一痛点，受到了广大年轻父母的青睐。儿童陪伴机器人一般都具有拟人化的动作能力，情感丰富的语言表达能力，能提供给儿童相对高质量的陪伴和互动。除此之外，家长们还希望儿童陪伴机器人可以拥有更多元的功能，如更智能的人机交互、智能对话、儿童看护、教育学习等，而这些需求，无疑对儿童陪伴机器人的 AI 能力以及交互体验设计提出了更高的要求。可以说，在人工智能机器人发展大趋势下，儿童陪伴机器人在性能和体验上将迎来新一轮的产业升级。儿童陪伴机器人白皮书第 2 页 共 14 页1儿童陪伴机器人的演进1.1工业机器人20 世纪 50 年代开始，在工业生产领域，机器人已经在工厂流水线上代替人工去完成那些重复度高且固定的工作。随着计算机、自动化技术以及人工智能技术进步和发展，使得工业机器人从传统的简单程控机器人，发展到通过视觉、触觉、传感器、高精度高速伺服驱动的智能化机器人，工业机器人整机性能和精度得到大幅提升，应用领域进一步扩大，工业机器人已在汽车、电子、化工、能源、医药等行业中广泛应用。工业机器人极大提高了生产效率，节省了劳动力，降低了企业制造成本。随着软硬件技术的发展，国家产业政策的支持，工业机器人也将进入高速发展期。1.2服务机器人服务机器人一般分为个人/家庭服务机器人、特种服务机器人、商业服务机器人。个人/家庭服务机器人主要应用有老年人健康护理、生活辅助，家政服务如做饭、扫地，智能家居服务如家居控制、安防等；特种服务机器人主要应用为军事、医疗救援、航空科研等专业领域；商用服务机器人主要应用为零售、酒店餐饮、机场服务等特定场所的服务工作。随着人工智能技术，自动化控制技术的发展，服务机器人的智能化程度越来越高，应用场景也在不断丰富。服务机器人与人们的生活密切相关，给人们的生活带来了极大的便利，同时也改善着人们的生活质量。服务机器人同其他电子产品一样，越来越被普通老百姓所接受，需求急速上升，市场空间巨大。儿童陪伴机器人白皮书第 3 页 共 14 页1.3儿童陪伴机器人随着传感器、机器视觉、智能芯片等人工智能技术的发展，传统产品的智能化演进已成为趋势。家庭场景中，传统的玩具式、学习机式的儿童产品如故事机、学习机已经不能满足现代家庭的需求，因此更加智能的、能够进行情感互动的、具备拟人化运动能力的儿童陪伴机器人应运而生。儿童陪伴机器人能帮助家长陪伴儿童，可以和儿童通过丰富的肢体动作，充满情感的面部表情进行情感化的人机交互；机器人能够理解儿童，与其进行伙伴式的交流问答，解决儿童们的十万个为什么；机器人能够辅助学习，是儿童们的学习助手。儿童陪伴机器人白皮书第 4 页 共 14 页2儿童陪伴机器人的基础能力2.1儿童专属双语能力儿童陪伴机器人需要具备优秀的语音交互能力，能够听清并听懂儿童的语言，并且能够自主的做出合适的内容回复。能力上，支持中英文双语识别和表达，在中远距离，噪音场景能够准确的识别语音内容，同时针对低龄儿童说话特点，如语速慢，说话断断续续，字词重复，不符合语法规则等特征，能够快速并准确的对儿童的表达内容进行辨析，并且在思考和决策后，通过情感化的表达方式，以流畅自然的语句给出符合儿童认知范畴的并且易于儿童理解的回复，童音表达高度拟人化，流畅自然。内容上，面向儿童用户，机器人表达的内容需要简短易懂，符合儿童的认知水平，避免长篇累牍；对话有温度，有一定趣味性，同时要严格避免出现不文明、负能量、暴力、歧视性等问题语句。机器人同时应具备丰富的百科问答类知识，开放域闲聊对话能力和优质的少儿有声资源，给儿童提供良好的陪伴体验。2.2视觉感知能力儿童陪伴机器人具有视觉感知能力，能够准确的识别并分析当前交互对象。机器人利用配备的摄像头，通过肢体运动或者相机方位控制，调整角度提高可视范围，通过 AI 视觉算法提供识别能力，能够准确的识别当前交互对象的位置、距离、人物属性、书本、物体等，支撑机器人做出多模决策。2.3多模态感知能力机器人具备多模态感知能力。机器人配备 MIC 阵列，可实现远距离场景的儿童陪伴机器人白皮书第 5 页 共 14 页精准收音，并且通过机器人的运动转向能力，能够支持 360°全向唤醒，使得机器人可以对声源进行精准定位。语音算法上能力增强，儿童场景唤醒和语音交互成功率大大提高。机器人具备视觉识别能力，利用配备的摄像头，通过肢体运动或者相机方位控制，调整角度提高可视范围，通过 AI 视觉算法提供识别能力，能够准确的识别当前交互对象的位置、距离、人物属性、书本、物体等。同时机器人配备触摸传感器、毫米波传感器、光感传感器、陀螺仪等高精度传感器，能够精准感知触摸，感知交互距离，自身状态以及周边环境变化，支撑机器人做出多模决策。2.4拟人化表达能力儿童陪伴机器人要具备拟人化的行为表达能力。机器人可以利用运动舵机控制自身的身体、肢体转向，模拟人的运动；通过屏幕展示机器人的眼神、表情、口型；通过语音、表情、动作表达机器人的思想。多种能力融合，通过科学的设计和编排，让机器人拥有丰富多样的拟人化情感表达能力，使得行为动作更加细腻平滑，神态表情更加自然真实。2.5本地智能儿童陪伴机器人持续挖掘端侧 AI 极致潜能，提供体系化的端侧 AI 能力，赋能语音 AI、视觉 AI、决策 AI 能力，支持机器人做到拟人化的表现，真正实现听清、听懂、能思考，看清、看懂、能表达，可自主决策做出合适的行为。端侧 AI 具有随时性、实时性和隐私性等重要特点。AI 业务数据在本地完成处理、分析，能避免个人数据泄露，保护用户的隐私安全。端侧 AI 能提升智能服务的响应效率，不依赖网络限制，带来更灵敏的交互体验。2.6儿童安全设计儿童陪伴机器人白皮书第 6 页 共 14 页儿童陪伴机器人需要确保儿童与机器人使用过程中的安全：儿童陪伴机器人硬件设计、运动控制系统设计、交互动作设计过程中加入过载检测、弹簧力检测、碰撞检测、碰撞规避等算法保障使用过程中的人身安全，避免出现夹手等安全问题；产品材料满足环保要求，电气满足相关认证要求；机器人对话内容均进行专门设计，使其内容更加符合儿童的认知特点，并且保证应答内容具有积极性