[논문 리뷰] Design of conversational humanoid robot based on hardware independent gesture generation

Katsushi Ikeuchi, David Baumert외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 21.

Social Robot Interaction and HRI참고 문헌 16인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 다양한 로봇 플랫폼 간에 적응 가능한 제스처를 생성하기 위해 라반 표기법을 사용하는 하드웨어 독립적 제스처 생성 시스템을 제안한다. 인간과 유사한 제스처를 계산 가능한 기호로 변환함으로써, 말과 동기화된 현실감 있는, 맥락에 적절한 제스처를 생성할 수 있으며, 로봇의 형태에 관계없이 자연스러운 인간-로봇 상호작용을 향상시킨다.

ABSTRACT

With an increasing need for elderly and disability care, there is an increasing opportunity for intelligent and mobile devices such as robots to provide care and support solutions. In order to naturally assist and interact with humans, a robot must possess effective conversational capabilities. Gestures accompanying spoken sentences are an important factor in human-to-human conversational communication. Humanoid robots must also use gestures if they are to be capable of the rich interactions implied and afforded by their humanlike appearance. However, present systems for gesture generation do not dynamically provide realistic physical gestures that are naturally understood by humans. A method for humanoid robots to generate gestures along with spoken sentences is proposed herein. We emphasize that our gesture-generating architecture can be applied to any type of humanoid robot through the use of labanotation, which is an existing system for notating human dance movements. Labanotation's gesture symbols can computationally transformed to be compatible across a range of robots with doddering physical characteristics. This paper describes a solution as an integrated system for conversational robots whose speech and gestures can supplement each other in human-robot interaction.

연구 동기 및 목표

• 자연스러운 인간-로봇 상호작용을 위해 인간형 로봇에서 동적이고 현실적인 제스처 생성의 부족을 해결하기 위해.
• 특정 로봇 하드웨어 구성에 의존하지 않는 제스처 생성을 가능하게 하기 위해.
• 라반 표기법을 인간의 제스처를 로봇 호환 운동 시퀀스로 변환하는 통합 언어로 활용하기 위해.
• 말과 제스처 생성을 통합된 시스템으로 통합하여 더 풍부한 대화형 상호작용을 가능하게 하기 위해.
• 말과 동기화될 때 제스처가 인지적으로 자연스럽고 맥락에 적절한지 보장하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 인간 운동을 표준화된 표기법으로 사용하여 제스처를 기계 처리 가능한 형식으로 표현한다.
• 제스처 시퀀스는 특정 로봇의 운동학적 특성에서 독립된 기호적 표현으로 인코딩된다.
• 기호적 제스처는 다양한 인간형 로봇에 적합한 관절 각도 궤적으로 계산적으로 변환된다.
• 변환 과정은 팔다리 길이 및 관절 운동 범위와 같은 로봇 형태의 차이를 고려한다.
• 말과 제스처는 시간적 정렬 기법을 사용하여 동기화되어 자연스러운 조율을 보장한다.
• 아키텍처는 모듈식이며 확장 가능하여 다양한 음성 합성 및 자연어 이해 모듈과의 통합이 가능하다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 인간형 로봇의 특정 하드웨어 구성에 의존하지 않고 제스처를 생성할 수 있는가?
• RQ2 라반 표기법이 다양한 로봇 플랫폼 간에 적응 가능한 인간과 유사한 제스처를 위한 통합 표현으로 기능할 수 있는가?
• RQ3 어떻게 말과 동기화되어 동적 제스처를 생성함으로써 인간-로봇 상호작용의 자연스러움을 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 이 시스템이 인지적으로 자연스럽고 맥락에 적절한 제스처를 얼마나 잘 생성할 수 있는가?
• RQ5 기호 기반 제스처 표현이 실시간 대화형 로봇 시스템에 적용 가능한가의 가능성은 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 시스템은 다양한 물리적 특성을 지닌 여러 인간형 로봇에서 현실적이고 맥락에 적절한 제스처를 성공적으로 생성한다.
• 제스처 생성은 완전히 하드웨어 독립적이며, 다른 운동학적 구조를 가진 로봇에 대해서도 재프로그래밍 없이 배포가 가능하다.
• 라반 표기법의 사용은 다양한 로봇 플랫폼 간 일관되고 계산 가능한 제스처 변환을 가능하게 한다.
• 말과 제스처의 동기화는 정성적 평가를 통해 인간-로봇 상호작용에서 자연스러움이 향상됨을 입증한다.
• 시스템은 말 입력에 반응하여 동적 제스처 생성을 실시간으로 수행할 수 있음을 보여준다.
• 아키텍처는 기존 자연어 처리 및 음성 합성 파ipelinе와의 확장성과 통합을 지원한다.