[论文解读] Should a small robot have a small personal space? Investigating personal spatial zones and proxemic behavior in human-robot interaction

Hagen Lehmann, Adam Rojík+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2020

Social Robot Interaction and HRI参考文献 23被引用 5

一句话总结

本研究通过使用身高58厘米的NAO机器人，探究人类在人机交互中对个人空间区域（PSZ）的感知。通过实时RGB-D摄像头追踪25个人体关键点，机器人在接近时通过注视和后仰作出反应；参与者以48厘米的距离接近，该距离处于人类大小的个人空间区域（45–120厘米）内，但超出机器人尺寸对应的个人空间区域（16–42厘米），表明参与者并未完全根据机器人的尺寸调整预期。尽管机器人的行为被理解为对空间侵入的反应，但常被感知为不友好。

ABSTRACT

This paper presents the first study in a series of proxemics experiments concerned with the role of personal spatial zones in human-robot interaction. In the study 40 participants approached a NAO robot positioned approximately at participants' eye level and entered different social zones around the robot (personal and intimate space). When the robot perceived the approaching person entering its personal space, it started gazing at the participant, and upon the intrusion of its intimate space it leaned back. Our research questions were: (1) given the small size of the robot (58 cm tall), will people expect its social zones to shrink by its size? (2) Will the robot behaviors be interpreted as appropriate social behaviors? We found that the average approach distance of the participants was 48 cm, which represents the inner limit of the human-size personal zone (45-120 cm), but is outside of the personal zone scaled to robot size (16-42 cm). This suggests that most participants did not (fully) scale down the extent of these zones to the robot size. We also found that the leaning back behavior of the robot was correctly interpreted by most participants as the robot's reaction to the intrusion of its personal space; however, our implementation of the behavior was often perceived as "unfriendly". We will discuss this and other limitations of the study in detail. Additionally we found positive correlations between participants' personality traits, Godspeed Questionnaire subscales, and the average approach distance. The technical contribution of this work is the real-time perception of 25 keypoints on the human body using a single compact RGB-D camera and the use of these points for accurate interpersonal distance estimation and as gazing targets for the robot.

研究动机与目标

• 探究人类是否根据机器人尺寸缩小其个人空间区域（PSZ）的预期。
• 评估机器人行为（如注视与后仰）是否被视为对空间侵入的适当社会反应。
• 探讨人格特质与机器人感知（通过Godspeed问卷）对人机交互中人际距离的影响。
• 开发并验证一种基于单个RGB-D摄像头的实时、低成本系统，用于估算人际距离并实现机器人注视行为。

提出的方法

• 使用单个紧凑型RGB-D摄像头实时追踪人体25个三维关键点，包括关节与面部特征。
• 通过人体头部与躯干相对于机器人的三维位置估算人际距离。
• 机器人利用实时接近检测触发两种行为：当进入其个人空间（45–120厘米）时注视接近者，当亲密空间（0–45厘米）被侵入时则后仰。
• 机器人的行为通过基于距离阈值触发的预设动作序列实现。
• 系统在受控交互场景中对40名参与者进行测试，参与者以视线高度接近NAO机器人。
• 参与者的人格特质通过TIPI问卷评估，其对机器人的感知通过Godspeed问卷测量。

实验结果

研究问题

• RQ1 鉴于机器人尺寸较小（58厘米），人们是否会预期其社交区域按比例缩小？
• RQ2 机器人的行为（如注视与后仰）是否会被视为对空间侵入的适当社会反应？
• RQ3 参与者的人格特质及其对机器人的感知（如拟人化、好感度）与其接近距离之间是否存在相关性？
• RQ4 单个轻量级RGB-D摄像头能否实现人际距离的准确实时估算，并支持机器人注视行为？

主要发现

• 参与者的平均接近距离为48厘米，该距离位于人类尺寸的个人空间区域（45–120厘米）内，但超出机器人尺寸对应的个人空间区域（16–42厘米），表明参与者并未完全根据机器人尺寸调整其预期。
• 机器人后仰行为被大多数参与者正确理解为对亲密空间侵入的反应，但常被感知为不友好，表明行为设计显著影响社会感知。
• 在Godspeed问卷的拟人化与活力子量表得分与平均接近距离之间发现正相关，表明更具人类特征感知的参与者表现出更接近人类的空间行为。
• 在参与者先前的机器人使用经验与Godspeed问卷的喜好度子量表之间观察到负相关，表明经验较少的用户更可能认为机器人具有好感度。
• 年长参与者报告了更高的好感度评分，表明在机器人交互中存在与年龄相关的感知差异。
• 本研究证明，单个RGB-D摄像头与轻量级处理可可靠地实时估算人体三维关键点与人际距离，从而支持机器人响应式行为。