[논문 리뷰] SPRITE: Stewart Platform Robot for Interactive Tabletop Engagement

Elaine Schaertl Short, Dale Short외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 11.

Social Robot Interaction and HRI참고 문헌 15인용 수 11

한 줄 요약

SPRITE는 사회적 보조 로봇(SAR) 연구를 위한 저비용, 커스터마이징 가능한 테이블탑 스타우트 플랫폼 로봇으로, 표현적이고 정서적, 비접촉 상호작용을 가능하게 한다. 이 로봇은 오프더쇼퍼 및 3D 프린팅 부품을 사용하며 외장 계산을 수행하고, CoRDial 소프트웨어 스택을 통해 ROS에 통합되어, 스케일링 가능한 다중 현장 HRI 연구에서 말하기, 얼굴 애니메이션, 시선 제어를 동기화할 수 있다. 이로 인해 사용자 참여도와 안전 기능이 뛰어나다.

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.

연구 동기 및 목표

• 사회적 보조 로봇(SAR) 연구를 위한 내구성 있고 저비용이며 수리 가능한 테이블탑 로봇 플랫폼을 설계하기.
• 눈, 고개를 끄덕이는 것, 정서적 애니메이션과 같은 표현적이고 정서적, 비언어적 사회적 행동을 가능하게 하기.
• 모듈식이고 업그레이드 가능한 하드웨어와 소프트웨어를 통해 장기적이고 다중 현장 연구 배포를 지원하기.
• 다양한 사용자 집단, 특히 어린이와 노인을 포함한 다양한 그룹에게 매력적인 비위협적인 외관을 제공하기.
• 다양한 로봇 플랫폼 간에 말하기, 얼굴 애니메이션, 시선 제어를 동기화할 수 있도록 하는 소프트웨어 스택(CoRDial)을 개발하기.

제안 방법

• SPRITE 로봇은 고토크 서보 모터를 사용한 6-자유도 스타우트 플랫폼 메커니즘을 사용하여 부드럽고 표현적인 움직임과 신체 및 얼굴 움직임의 정밀 제어를 가능하게 한다.
• 로봇의 외관은 교환 가능한 '스킨'을 통해 커스터마이징 가능하며, 전문적으로 디자인된 스킨과 어린이 옷 기반 옵션을 포함하여 다양한 사용자 집단에 맞게 조정할 수 있다.
• CoRDial은 ROS 기반의 소프트웨어 스택으로, 3D 눈 모델을 JavaScript 기반 브라우저를 통해 어떤 기기에서도 프로젝션하여 말하기 재생과 비세미 애니메이션, 시선 추적을 동기화할 수 있도록 한다.
• 핵심 프레임 애니메이션을 위해 베지에 곡선 보간법을 사용하여 복잡한 사회적 행동을 신속하게 프로토타이핑할 수 있다.
• 긴급 정지 버튼과 고립된 전원 공급 설계를 통해 사용자 상호작용 중 안전성을 확보하였으며, 모터 컨트롤러는 USB를 통해 소프트웨어 내성 확보를 위해 항상 전원이 공급된다.
• 하드웨어 구성 요소는 주로 오프더쇼퍼 또는 3D 프린팅으로 제작되었으며, 총 기계적 비용은 1500달러 이하로 유지되어 연구소 간 복제가 가능하다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저비용, 커스터마이징 가능하고 수리 가능한 테이블탑 로봇 플랫폼이 SAR 애플리케이션에서 표현적이고 정서적, 사회적으로 유용한 상호작용을 지원할 수 있는가?
• RQ2 다양한 사용자 집단에서 로봇의 외관과 행동은 비위협성, 매력성, 개인화 측면에서 어떻게 평가되는가?
• RQ3 CoRDial과 같은 모듈식이고 ROS 통합된 소프트웨어 스택이 다양한 로봇 플랫폼 간에 말하기와 얼굴 애니메이션을 동기화하여 신속하게 개발하고 배포하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 모바일 폰 기반 얼굴 디스플레이를 사용하여 시선 추적과 비세미 동기화를 구현할 경우, 사회적 참여도가 얼마나 향상되는가?
• RQ5 외장 계산과 모듈식 설계를 갖춘 로봇이 다중 현장, 장기적인 HRI 연구에서 장기간 사용에 적합한가?

주요 결과

• 프리리서치에서 참가자들은 SPRITE를 위협적이지 않다고 느끼며 매력적으로 평가했으며, 커스터마이징 가능한 외관에 강한 선호도를 보여, 사용자 매력도를 위한 설계 목표의 성공을 확인했다.
• 로봇의 표현적 움직임, 특히 동기화된 시선과 얼굴 애니메이션은 정서적 의사소통에 적합하고 사회적으로 유용하다고 평가되었다.
• CoRDial은 최소한의 코드로 HRI 연구의 개발을 신속하게 가능하게 하여 연구자들이 파이썬 소스 몇 줄만으로도 말 내용과 행동 애니메이션을 신속하게 반복 개선할 수 있도록 했다.
• 오프더쇼퍼 및 3D 프린팅 부품의 사용으로 총 기계적 비용이 1500달러 이하로 유지되어 대규모 다중 현장 복제가 가능해졌다.
• 긴급 정지 시스템과 고립된 전원 설계 덕분에 안전한 사용자 상호작용이 확보되었으며, 전원 장애 발생 시에도 모터 컨트롤러가 정상적으로 작동했다.
• 모듈식이고 ROS 기반의 소프트웨어 스택 덕분에 하드웨어와 소프트웨어 기술의 변화에 쉽게 대응하고 업그레이드할 수 있었다.