[論文レビュー] Smartphone-based Home Robotics

Lojain Jibawi, Saoussen Said+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2018

Social Robot Interaction and HRI参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

この論文では、市販のスマートフォンを主な計算ユニットとして使用するスマートフォンベースのヒューマノイドロボットアーキテクチャを提案している。これにより、コストを3倍削減しつつ、iOSおよびAndroidとの完全な互換性を実現する。スマートフォンのハードウェアおよびソフトウェアエコシステムを活用することで、同様のプラットフォームを用いたロボットアプリ開発の加速と、一般向けへの広範な採用を促進することを目的としている。

ABSTRACT

Humanoid robotics is a promising field because the strong human preference to interact with anthropomorphic interfaces. Despite this, humanoid robots are far from reaching main stream adoption and the features available in such robots seem to lag that of the latest smartphones. A fragmented robot ecosystem and low incentives to developers do not help to foster the creation of Robot-Apps either. In contrast, smartphones enjoy high adoption rates and a vibrant app ecosystem (4M apps published). Given this, it seems logical to apply the mobile SW and HW development model to humanoid robots. One way is to use a smartphone to power the robot. Smartphones have been embedded in toys and drones before. However, they have never been used as the main compute unit in a humanoid embodiment. Here, we introduce a novel robot architecture based on smartphones that demonstrates x3 cost reduction and that is compatible with iOS/Android.

研究の動機と目的

• ヒューマノイドロボットの一般的な採用を妨げる、分断されたロボットエコシステムと開発者へのインcentive不足の問題を解決すること。
• 既存のスマートフォンのハードウェアとソフトウェアを再利用することで、ヒューマノイドロボティクスのコストと複雑さを低減すること。
• モバイルアプリエコシステム（iOS/Android）をヒューマノイドロボットにシームレスに統合し、アプリ開発を迅速化すること。
• 従来のロボットアーキテクチャの代替として実用的で低コストなソリューションを提示すること。
• 統一的でスケーラブルなアーキテクチャを通じて、スマートフォンの能力とヒューマノイドロボットの機能の間のギャップを埋めること。

提案手法

• 標準的なスマートフォンをヒューマノイドロボットの主要計算コアとして統合し、専用のロボットプロセッサを置き換える。
• スマートフォンの既存のセンサー（カメラ、IMU、GPS）、通信モジュール（Wi-Fi、Bluetooth）、および処理能力を、ロボットの認識と制御に活用する。
• スマートフォンをロボットのアクチュエータ、センサー、電源システムに接続するためのハードウェアインターフェースを開発する。
• AndroidおよびiOSのソフトウェアスタックを活用して、ロボットアプリケーションをネイティブで実行し、400万以上の既存のモバイルアプリへのアクセスを可能にする。
• スマートフォンを安全に固定しつつ、センサーおよびアクチュエータの統合を可能にするモジュラーな機械的構造を設計する。
• 認識と意思決定をスマートフォンにオフロードするリアルタイム制御パイプラインを実装し、応答性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートフォンはヒューマノイドロボットの主な計算ユニットとして機能可能か、専用のロボットハードウェアを置き換えることができるか？
• RQ2 スマートフォンのソフトウェアおよびアプリエコシステムは、ロボットアプリ開発をどの程度加速できるか？
• RQ3 スマートフォンをコアプロセッサとして使用することで、どの程度のコスト削減が達成できるか？
• RQ4 実世界のタスクにおいて、スマートフォンベースのロボットは従来のヒューマノイドシステムと比較してどの程度の性能を示すか？
• RQ5 スマートフォンをヒューマノイドロボット本体に統合する際の技術的およびアーキテクチャ的課題は何か？

主な発見

• 提案されたスマートフォンベースのアーキテクチャは、従来のヒューマノイドロボットと比較して、全体のシステムコストを3倍削減した。
• ロボットは、実時間での認識と制御タスクに、既存のスマートフォンのセンサーと処理能力を効果的に活用した。
• システムはiOSおよびAndroidの両方と完全に互換性があり、標準的なモバイルアプリケーションをロボットにデプロイ可能であった。
• スマートフォンのハードウェアおよびソフトウェアの統合により、ロボットアプリケーションの迅速なプロトタイピングとデプロイが可能になった。
• このアプローチは、スマートフォン技術の進歩に伴って進化可能なスケーラブルで拡張可能なプラットフォームをサポートする。
• アーキテクチャにより、開発者はなじみのあるモバイル開発ツールおよびフレームワークを使用でき、開発の入り口を著しく低くした。