[论文解读] SPRITE: Stewart Platform Robot for Interactive Tabletop Engagement
SPRITE 是一款低成本、可定制的桌面型 Stewart 平台机器人，专为社交助手机器人（SAR）研究而设计，支持富有表现力、富有情感且非接触式的交互。它采用现成组件与 3D 打印部件，结合外部计算，并通过 CoRDial 软件栈与 ROS 集成，实现语音、面部动画与视线控制的同步，适用于大规模、多站点的人机交互（HRI）研究，具备出色的用户参与度与安全特性。
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.
研究动机与目标
- 设计一款坚固、经济且可维修的桌面机器人平台，用于社交助手机器人（SAR）研究。
- 支持富有表现力、富有情感且非语言的社会行为，如视线转移、点头与情绪化动画。
- 通过模块化、可升级的软硬件设计，支持长期、多站点的研究部署。
- 提供可定制、无威胁感的外观，吸引多样化用户群体，包括儿童与老年人。
- 开发 CoRDial 软件栈，实现在不同机器人平台上的语音、面部动画与视线控制的同步。
提出的方法
- SPRITE 机器人采用六自由度 Stewart 平台机构，搭配高扭矩伺服电机，实现平滑、富有表现力的运动，精确控制身体与面部动作。
- 通过可更换的‘外壳’（skins）实现外观的可定制化——包括专业设计款式与儿童服装风格选项，以适配不同用户群体。
- CoRDial 是基于 ROS 的软件栈，支持通过任何设备上的支持 JavaScript 的浏览器，使用 3D 眼部模型实现语音播放与视觉发音动画（viseme）的同步，以及视线追踪。
- 系统采用贝塞尔曲线插值实现关键帧动画，支持快速构建复杂的社会行为。
- 配备紧急停止按钮与隔离电源设计，确保用户交互时的安全性，同时通过 USB 保持电机控制器持续供电，提升软件鲁棒性。
- 硬件组件主要为现成或 3D 打印部件，整体机械成本低于 1500 美元，支持在各研究机构间复制。
实验结果
研究问题
- RQ1低成本、可定制且可维修的桌面机器人平台是否能够支持社交助手机器人应用中富有表现力、富有情感且具有社交吸引力的交互？
- RQ2在不同用户群体中，用户如何感知该机器人外观与行为的非威胁性、吸引力与个性化程度？
- RQ3模块化且集成 ROS 的软件栈（如 CoRDial）在多平台间实现语音与面部动画同步方面，其快速开发与部署能力如何？
- RQ4基于手机的面部显示结合视线追踪与视觉发音同步，在提升感知社交参与度方面效果如何？
- RQ5具备外部计算与模块化设计的机器人是否能够支持在多站点、长期纵向 HRI 研究中的持续使用？
主要发现
- 试点研究中，参与者认为 SPRITE 外观无威胁且具吸引力，对可定制外观表现出强烈偏好，证实了其在用户吸引力方面的设计目标达成。
- 机器人富有表现力的动作，包括同步的视线与面部动画，被感知为具有社交吸引力，且适合情感交流。
- CoRDial 支持研究人员仅用少量代码（如几行 Python）即可快速迭代语音内容与行为动画，显著提升 HRI 研究的开发效率。
- 采用现成与 3D 打印部件使整体机械成本低于 1500 美元，使大规模、多站点复制成为可能。
- 紧急停止系统与隔离电源设计确保了用户交互的安全性，即使在断电情况下电机控制器仍能正常运行。
- 模块化、基于 ROS 的软件栈支持轻松升级，并可与不断演进的软硬件技术无缝集成。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。