家庭陪护机器人避障与找物功能 PRD

1. 文档信息

2. 项目背景

在家庭陪护场景中，老人或行动不便用户经常会遇到“常用物品一时找不到”的问题，例如药盒、水杯、遥控器、纸巾盒。这类任务频次高、任务本身不复杂，但对用户的打断感很强。

现阶段家庭陪护机器人的价值，不应一上来就定义成“自主抓取并递送所有物品”，而应先聚焦在一类高频、低风险、可验证的任务上，形成稳定可复用的导航、避障和目标物搜索能力。

本 PRD 针对的就是这一类第一版核心功能：

用户通过语音发出找物请求，机器人在家庭预设区域内安全移动，避开静态和动态障碍物，在目标区域搜索指定物品，并以语音和屏幕形式反馈结果。

3. 产品目标

3.1 业务目标

1. 降低老人查找高频常用物品的时间成本
2. 提高陪护机器人在家庭场景中的基础实用性
3. 为后续抓取、递送、远程协助等高级能力建立底层任务闭环

3.2 用户目标

1. 用一句自然语言即可发起找物请求
2. 机器人在移动过程中不撞人、不冒进、状态可理解
3. 找不到物体时，机器人能明确说明原因，而不是沉默或卡住

3.3 产品目标

1. 支持语音触发找物任务
2. 支持家庭预设区域内自主导航与避障
3. 支持四类高频目标物的搜索与反馈
4. 支持失败降级与人工协助提示

4. 目标用户与使用场景

4.1 目标用户

1. 独居老人
2. 行动受限但有基础语言表达能力的老人
3. 家庭照护者

4.2 使用场景

1. 老人在客厅找不到遥控器，希望机器人帮助定位
2. 老人在卧室内需要寻找药盒，希望机器人前往并协助确认位置
3. 家属不在身边时，机器人承担基础寻物和状态反馈功能

4.3 典型用户语句

1. 帮我找一下药盒
2. 去客厅看看遥控器在哪
3. 帮我找纸巾盒
4. 帮我看看水杯是不是在餐桌上

5. 版本范围

5.1 本版本包含

1. 语音指令接收与任务意图解析
2. 执行前状态检查，包括电量、定位、地图状态
3. 家庭预设区域内的自主导航
4. 行进中的静态与动态避障
5. 到达目标区域后的目标物搜索
6. 语音播报和屏幕反馈
7. 任务失败后的降级处理与日志记录

5.2 本版本不包含

1. 机械臂抓取与递送
2. 开放词表的任意目标物识别
3. 跨楼层导航
4. 室外场景执行
5. 极暗环境下的高精度视觉定位
6. 多轮复杂自然语言对话规划

5.3 版本边界原则

第一版优先保证“任务可发起、路径可执行、过程安全、结果可反馈”，不追求全能化。

6. 需求拆解框架

6.1 Task

1. 接收找物任务
2. 判断是否具备执行条件
3. 前往目标区域
4. 在移动过程中完成安全避障
5. 在目标区域完成目标物搜索
6. 将搜索结果反馈给用户
7. 失败时进入降级流程

6.2 Environment

1. 家庭走道较窄，存在家具腿、拖鞋、电线等静态障碍物
2. 人、宠物、轮椅、助行器会随机移动
3. 地面可能包含地毯、门槛和反光区域
4. 白天夜晚光照变化明显
5. Wi-Fi 覆盖并不均匀

6.3 Capability

1. 语音识别与基础意图解析
2. 室内定位与路径规划
3. 静态障碍物检测
4. 动态障碍物检测与减速停让
5. 目标物识别与结果确认
6. 可解释的语音与屏幕反馈
7. 数据日志记录与异常上报

7. 用户故事

用户故事 1

作为一名行动不便的老人，我希望只通过语音就能让机器人帮我查找常用物品，这样我不需要自己反复起身寻找。

用户故事 2

作为一名家庭照护者，我希望机器人在家庭狭窄空间里移动时足够保守和安全，这样我才敢长期让它在老人身边运行。

用户故事 3

作为一名用户，我希望机器人在找不到目标物时，能明确告知是未识别到、被遮挡还是当前无法执行，而不是一直无响应。

8. 功能流程概览

8.1 主流程

1. 用户发起语音找物请求
2. 系统解析目标物和目标区域
3. 系统检查当前电量、定位、地图状态
4. 若满足条件，则规划路径并开始移动
5. 行进过程中持续进行避障检测与重规划
6. 到达目标区域后启动视觉搜索
7. 搜索成功则反馈物体位置
8. 搜索失败则说明原因并给出建议
9. 任务完成后记录日志

8.2 流程图

flowchart TD
    A[用户语音发起找物请求] --> B[意图解析]
    B --> C{任务是否合法}
    C -- 否 --> D[提示用户重新表达]
    C -- 是 --> E[检查电量 定位 地图]
    E --> F{是否满足执行条件}
    F -- 否 --> G[拒绝执行并反馈原因]
    F -- 是 --> H[路径规划]
    H --> I[开始移动]
    I --> J{检测到障碍物}
    J -- 否 --> K[继续前进]
    J -- 是 --> L[减速 停让或重规划]
    L --> M{重规划成功}
    M -- 是 --> K
    M -- 否 --> N[请求人工协助]
    K --> O{到达目标区域}
    O -- 否 --> I
    O -- 是 --> P[启动目标搜索]
    P --> Q{识别到目标物}
    Q -- 是 --> R[语音和屏幕反馈位置]
    Q -- 否 --> S{搜索是否超时}
    S -- 否 --> P
    S -- 是 --> T[反馈未找到并建议人工确认]
    R --> U[记录日志并结束任务]
    T --> U
    D --> U
    G --> U
    N --> U

9. 功能需求明细

9.1 语音任务下发

功能描述

用户可通过语音触发找物任务，系统识别目标物类别及可选区域信息。

输入示例

1. 帮我找药盒
2. 去客厅找遥控器
3. 帮我看看水杯在哪

处理要求

1. 支持目标物关键词识别：药盒、遥控器、水杯、纸巾盒
2. 若识别到明确区域信息，则优先前往对应区域
3. 若物体类别不在支持范围内，则提示当前版本暂不支持
4. 若语句存在歧义，则发起一次二次确认

验收要求

1. 目标物类别识别成功率不低于 95%
2. 歧义任务必须进入二次确认，不允许直接误执行

9.2 执行前状态检查

功能描述

机器人在开始执行任务前，必须完成基础状态校验。

检查项

1. 电量是否高于任务启动阈值
2. 当前定位状态是否正常
3. 地图是否可用
4. 当前是否处于故障或人工接管状态

处理要求

1. 若电量低于阈值，则拒绝执行并提示先回充
2. 若定位异常，则提示当前无法执行任务
3. 若系统处于人工接管状态，则不接受新任务

9.3 导航与避障

功能描述

机器人根据目标区域进行路径规划，并在移动过程中持续处理静态与动态障碍物。

处理要求

1. 默认采用保守策略，优先安全而非最短时间
2. 检测到静态障碍物时进行局部绕行或重规划
3. 检测到动态障碍物时优先减速或停车
4. 连续重规划失败达到阈值后，进入人工协助流程

关键原则

1. 不允许为缩短路径而贴边高速通过
2. 不允许在近距离有人体目标时强行绕行
3. 电梯口、转角、窄道等高风险区域采用更保守的速度配置

9.4 目标物搜索

功能描述

机器人到达目标区域后，对视野内目标物进行搜索与确认。

处理要求

1. 首先在用户指定区域的主要平面进行搜索
2. 若首次未识别到，则执行多视角二次搜索
3. 若识别置信度不足，则提示可能被遮挡或环境光照不足
4. 搜索超时后结束当前任务，进入失败反馈流程

结果反馈要求

1. 若成功识别，需用语音告知目标物所在区域描述
2. 屏幕上显示目标物名称、位置描述和置信状态
3. 若失败，必须说明失败原因类别

9.5 任务结果反馈

成功反馈

1. 已找到药盒，位于客厅茶几右侧
2. 已找到遥控器，位于沙发左扶手附近

失败反馈

1. 当前未找到药盒，可能被遮挡，请人工确认
2. 当前路径受阻，无法继续执行，请清理通道后重试
3. 电量不足，已暂停任务并准备回充

10. 异常处理与降级策略

降级原则

1. 任何涉及近距离人体风险的情况，优先停车
2. 任何涉及定位不确定的情况，不允许盲目前进
3. 任何涉及低电量风险的情况，优先保证返航安全
4. 任何超过设定重试次数的情况，必须进入人工协助而不是无限循环

11. 数据记录要求

为了支持后续算法和产品迭代，本功能需沉淀以下数据：

1. 每次任务的目标物类型、目标区域和执行结果
2. 任务耗时、路径长度、重规划次数
3. 避障触发次数与类型分布
4. 识别失败时的图像快照、置信度和环境标签
5. 人工接管前 30 秒的系统状态日志
6. 用户二次确认与重新表达的发生频率

这些数据后续用于：

1. 识别长尾场景
2. 优化目标物识别策略
3. 优化路径保守性参数
4. 优化人机交互提示文案

12. 非功能需求

12.1 安全性

1. 必须支持近距离动态障碍物减速或停车
2. 必须支持人工急停机制
3. 必须避免在高风险区域激进穿行

12.2 稳定性

1. 任务执行过程不应因单次误识别直接崩溃
2. 所有异常必须有明确降级路径

12.3 可解释性

1. 用户必须能理解当前处于什么状态
2. 失败时必须知道为什么失败、下一步做什么

12.4 可测试性

1. 每项核心能力都必须定义可量化指标
2. 异常场景必须有可复现实验用例

13. 验收指标

14. 依赖项

1. 室内地图已预构建并可用
2. 语音模块具备基础关键词识别能力
3. 导航模块支持局部重规划
4. 视觉模块支持四类目标物识别
5. 客户端或屏幕模块支持状态展示

15. 风险与待确认项

1. 四类目标物是否足以覆盖真实高频需求，需用户调研确认
2. 家庭弱光环境是否需要补充红外或补光能力，需硬件评估
3. 宠物场景下的避障策略是否需要独立参数配置，需测试验证
4. 屏幕反馈是否足够适合老人理解，需做可用性测试
5. 用户是否更需要“找物定位”还是“找物后呼叫家属”，需进一步确认业务优先级

16. 测试用例建议

用例 1：正常找物

输入：帮我找药盒

预期：机器人成功前往预设区域，识别药盒并播报位置。

用例 2：路径被阻塞

输入：去客厅找遥控器

环境：中途走道放置障碍物且不可绕行。

预期：机器人连续重规划失败后停止前进，提示人工协助。

用例 3：动态障碍物闯入

输入：帮我找纸巾盒

环境：移动途中有人从侧面近距离经过。

预期：机器人减速或停车，待通行后继续。

用例 4：目标物被遮挡

输入：帮我找水杯

环境：水杯被遮挡在物体后方。

预期：机器人进行二次搜索，超时后提示可能被遮挡。

用例 5：低电量中断

输入：帮我找遥控器

环境：任务进行中电量降到安全阈值以下。

预期：机器人终止任务，提示电量不足并返航。