[論文レビュー] SPRITE: Stewart Platform Robot for Interactive Tabletop Engagement

Elaine Schaertl Short, Dale Short+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2020

Social Robot Interaction and HRI参考文献 15被引用数 11

ひとこと要約

SPRITEは、社会的支援ロボティクス（SAR）研究を目的とした低コストでカスタム可能な卓上ステュワートプラットフォーム型ロボットであり、表現的で感情的かつ非接触のインタラクションを可能にします。オフザシェルフおよび3Dプリント部品を用い、外部計算を実行し、ROSを介してCoRDialソフトウェアスタックと統合することで、同期された発話、顔のアニメーション、視線制御を実現し、スケーラブルでマルチサイトのHRI研究を可能にし、高いユーザー参加度と安全対策を備えています。

ABSTRACT

We present the design of the Stewart Platform Robot for Interactive Tabletop Engagement (SPRITE). This robot is designed for use in socially assistive robotics, a field focusing on non-contact social interaction to help people achieve goals relating to health, wellness, and education. We describe a series of design goals for a tabletop, socially assistive robot, including expressive movement, affective communication, a friendly, nonthreatening, and customizable appearance, and a safe, robust, and easily-repaired mechanical design.

研究の動機と目的

• 社会的支援ロボティクス（SAR）研究を目的とした、頑丈で安価かつ修理可能な卓上ロボットプラットフォームの設計。
• 視線、うなずき、感情的なアニメーションなどの表現的で感情的かつ非言語的な社会的行動を可能にすること。
• モジュラーでアップグレード可能なハードウェアおよびソフトウェアにより、長期的でマルチサイトの研究展開を可能にすること。
• 多様なユーザー層（子供や高齢者を含む）に魅力的で、脅威と感じさせない外観を提供すること。
• 発話、顔のアニメーション、視線制御の同期を可能にするソフトウェアスタック（CoRDial）の開発。

提案手法

• SPRITEロボットは、高トルクのサーボを使用した6自由度ステュワートプラットフォーム機構を採用し、滑らかで表現的な運動と、ボディおよび顔の動きの正確な制御を実現します。
• ロボットの外観は、交換可能な「スキン」（プロフェッショナルデザインおよび幼児用衣料品ベースの選択肢を含む）によりカスタマイズ可能で、異なるユーザー集団に適応できます。
• ROSベースのソフトウェアスタックであるCoRDialにより、3DアイモデルをJavaScript対応ブラウザで任意のデバイスに投影することで、発話再生とビズムアニメーション、視線追跡の同期が可能になります。
• キーフレームアニメーションにはベジエ曲線補間が使用され、複雑な社会的行動の迅速なプロトタイピングが可能になります。
• 緊急停止ボタンと独立した電源設計により、ユーザーとのインタラクション中に安全が確保され、モーター制御装置はUSB経由で電源が供給され、ソフトウェアの耐障害性が確保されます。
• ハードウェア部品は主にオフザシェルフまたは3Dプリント品であり、総機械コストは1500ドル未満で、研究拠点間での再現が容易になります。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低コストでカスタム可能かつ修理可能な卓上ロボットプラットフォームは、SARアプリケーションにおいて表現的で感情的かつ社会的に関与するインタラクションを支えることができるか？
• RQ2 多様なユーザー集団において、ロボットの外観と行動は、脅威を感じさせず、魅力的で、パーソナライズ可能と感じられるか？
• RQ3 CoRDialのようなモジュラーでROS統合されたソフトウェアスタックは、異なるロボットプラットフォーム間で発話と顔のアニメーションを同期させる開発および展開をどの程度迅速に可能にするか？
• RQ4 スマートフォンベースの顔面ディスプレイに視線追跡とビズム同期を組み合わせることで、社会的関与の認識がどの程度向上するか？
• RQ5 外部計算とモジュラー設計を備えたロボットは、マルチサイトで長期にわたる縦断的HRI研究において持続可能な運用が可能か？

主な発見

• パイロット研究に参加した被験者たちは、SPRITEを脅威と感じず、魅力的だと評価し、カスタム可能な外観への強い好みを示した。これは、ユーザーの魅力を高めるという設計目標の成功を裏付けた。
• 視線の同期と顔のアニメーションを含む、ロボットの表現的で感情的な動きは、感情的コミュニケーションに適切で、社会的関与があると感じられた。
• CoRDialにより、最小限のコードでHRI研究の開発が迅速化され、数行のPythonコードで発話内容や行動アニメーションの反復的改善が可能になった。
• オフザシェルフおよび3Dプリント部品の使用により、総機械コストは1500ドル未満に抑えられ、大規模でマルチサイトの再現が現実的になった。
• 緊急停止システムと独立した電源設計により、安全なユーザーインタラクションが確保され、電源断時でもモーター制御装置が正常に動作した。
• モジュラーでROSベースのソフトウェアスタックにより、新しいハードウェアおよびソフトウェア技術への容易なアップグレードと統合が可能になった。