[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一种基于智能手机的人形机器人架构，将市售智能手机作为主要计算单元，使成本降低3倍，同时实现与iOS和Android系统的完全兼容。通过利用智能手机的软硬件生态系统，该方法旨在借助熟悉且可扩展的平台，加速机器人应用开发并推动其主流化应用。

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.

研究动机与目标

• 解决当前机器人生态系统碎片化以及开发者激励不足的问题，以促进人形机器人的主流化应用。
• 通过复用现有的智能手机硬件与软件，降低人形机器人的成本与复杂性。
• 实现移动应用生态系统（iOS/Android）与人形机器人的无缝集成，以加速应用开发。
• 通过消费级智能手机作为中央处理单元，展示一种可行的低成本人形机器人替代架构。
• 通过统一且可扩展的架构，弥合智能手机能力与人形机器人功能之间的差距。

提出的方法

• 将标准智能手机作为人形机器人的主要计算核心，取代专用机器人处理器。
• 利用智能手机现有的传感器（摄像头、IMU、GPS）、通信模块（Wi-Fi、蓝牙）以及处理能力，实现机器人感知与控制。
• 开发硬件接口，将智能手机连接至机器人执行器、传感器和电源系统。
• 利用Android和iOS软件栈原生运行机器人应用，使开发者可直接访问超过400万个现有移动应用。
• 设计模块化机械结构，安全固定智能手机，同时支持传感器与执行器的集成。
• 实现一个实时控制流水线，将感知与决策任务卸载至智能手机，确保系统响应性。

实验结果

研究问题

• RQ1 智能手机能否作为人形机器人中的主要计算单元，取代专用机器人硬件？
• RQ2 智能手机软件与应用生态系统在多大程度上能够加速机器人应用的开发？
• RQ3 通过将智能手机作为核心处理器，人形机器人可实现多大的成本降低？
• RQ4 在真实任务中，基于智能手机的机器人性能与传统人形机器人系统相比如何？
• RQ5 在人形机器人机体中集成智能手机所面临的技术与架构挑战有哪些？

主要发现

• 所提出的基于智能手机的架构相较传统人形机器人，整体系统成本降低了3倍。
• 该机器人成功利用了现有智能手机的传感器与处理能力，实现了实时感知与控制任务。
• 系统在iOS与Android上均表现出完全兼容性，支持在机器人上部署标准移动应用程序。
• 智能手机软硬件的集成显著加速了机器人应用的原型设计与部署。
• 该方法支持一个可扩展、可扩展的平台，能够随智能手机技术的进步而持续演进。
• 该架构使开发者能够使用熟悉的移动开发工具与框架，显著降低了进入门槛。