機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模工程

1、文獻(xiàn)閱讀課 建模與仿真講解課件 2009 09 29 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 Designing simple and effective expression of robots primitive minds to a human 關(guān)于人類初級(jí)思維的表情機(jī)器人的簡(jiǎn)單有效的設(shè)計(jì) 上海大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 Designing simple and effective expression of robots primitive minds to a human 摘要摘要 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 SE2PM 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件

2、 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 結(jié)果結(jié)果 討論討論 結(jié)論結(jié)論 主要內(nèi)容 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 上海大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 摘要 “SE2PM:Simple Expression to Primitive Mind” 初級(jí)思維的簡(jiǎn)單表達(dá)初級(jí)思維的簡(jiǎn)單表達(dá) 表達(dá)初級(jí)思維的表情機(jī)器人的一種新的設(shè)計(jì)理念 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 摘要 為了審查我們的SE2PM規(guī)則的準(zhǔn)確性，我們使用了兩種機(jī)器人 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 AIBOAIBO Mindstorms 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 摘要 Mindstorms：用簡(jiǎn)單的蜂鳴聲來表達(dá)思

3、維 的移動(dòng)機(jī)器人 AIBO：用復(fù)雜的仿真表情來進(jìn)行表達(dá)思維 意圖。 為對(duì)比這兩種不同的表達(dá)，我們與參與者 還進(jìn)行了一次心理學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果最終支持 SE2PM規(guī)則。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 上海大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 簡(jiǎn)介 最近幾年，家用機(jī)器人，像愛寶、倫巴，已經(jīng)走出實(shí) 驗(yàn)室進(jìn)入人們的生活。 娛樂 AIBO 機(jī)器狗 家務(wù) Roomba 簡(jiǎn)略的自動(dòng)清掃 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 簡(jiǎn)介 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 SONY AIBO 機(jī)器狗“足球”比賽 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 簡(jiǎn)介 建

4、模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 簡(jiǎn)介 問題提出 娛樂：大多用戶不再滿足于機(jī)器人的娛樂功能 家務(wù)：既然機(jī)器人通常不能夠獨(dú)立完成一些任務(wù)，它 就需要求助于用戶來幫助它。 問題在于：即使掃地這項(xiàng)簡(jiǎn)單任務(wù)，機(jī)器人不能移走較重的障礙物，就 不能夠清掃它們下面的地面，機(jī)器人就要求助于用戶搬走障礙物。機(jī)器 人通常不能夠完全獨(dú)立完成的一些任務(wù)。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 簡(jiǎn)介 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 SE2PM規(guī)則下規(guī)則下 設(shè)計(jì)的機(jī)器人設(shè)計(jì)的機(jī)器人 樂高機(jī)器人裝備的樂高機(jī)器人裝備的 擁有外觀的擁有外觀的 一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)器人

5、一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)器人 設(shè)定的蜂鳴聲設(shè)定的蜂鳴聲 在本文中,我們提出 一項(xiàng)用來設(shè)計(jì)取決于外 觀的機(jī)器人的思維表達(dá) 規(guī)則,稱為“SE2PM:原 始思維的簡(jiǎn)單表達(dá)”。 那就意味著設(shè)計(jì)師 應(yīng)該設(shè)計(jì)具有簡(jiǎn)單外觀 的簡(jiǎn)單信息用于表達(dá)原 始機(jī)器人的思維。實(shí)際 上，我們使用這個(gè) SE2PM規(guī)則來表達(dá)一個(gè) 機(jī)器人的初級(jí)思維，如 右圖所示。 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 簡(jiǎn)介 前人的研究成果：前人的研究成果： 小野和今井開發(fā)了交互式機(jī)器人，當(dāng)遇到了障礙物阻擋了去路時(shí)它可以表示 出沮喪的神情。 莫里在機(jī)器人神秘領(lǐng)域里開辟了一個(gè)外表和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。 達(dá)菲對(duì)機(jī)器人的擬人化也很有見解,并且他指出在擬人化和機(jī)器人之間

6、的關(guān)系 也提出了大量重要問題。 松本等人提出了“最小設(shè)計(jì)”交互式因子，他們應(yīng)用最小設(shè)計(jì)原則開發(fā)了互 動(dòng)式的機(jī)器人“Muu”和逼真的“Talking Eye”。 Reeves和Nass展示了他們的“Media Equation”研究成果，擬人化智能體或計(jì) 算機(jī)可能引起人類自然行為。 神田（神田（Kanda）等人通過系統(tǒng)的心理實(shí)驗(yàn)，調(diào)查研究了，阿西莫（）等人通過系統(tǒng)的心理實(shí)驗(yàn)，調(diào)查研究了，阿西莫（ASIMO） 和和Robovie這兩個(gè)不同外觀的仿真機(jī)器人。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)有明顯差異的是在諸這兩個(gè)不同外觀的仿真機(jī)器人。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)有明顯差異的是在諸 如手臂移動(dòng)、問候動(dòng)作等非言語行為而不是在語言行為。但他

7、們并沒有提出如手臂移動(dòng)、問候動(dòng)作等非言語行為而不是在語言行為。但他們并沒有提出 明確的規(guī)則。明確的規(guī)則。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 SE2PM:初級(jí)思維表達(dá)規(guī)則的設(shè)計(jì) 我們提出規(guī)則稱為“ SE2PM:Simple Expression to Primitive Mind” （原始思維的簡(jiǎn)單表達(dá)） 機(jī)器人的外觀和所表達(dá)的信息之間，存在這項(xiàng)規(guī)則是基于以下實(shí) 驗(yàn)性假說： 類人或類動(dòng)物外觀的機(jī)器人表達(dá)復(fù)雜可愛的動(dòng)作或行動(dòng)對(duì)用戶更 為混亂，而且傳達(dá)初級(jí)思維并不是真正有效。 簡(jiǎn)單而直觀的信息更易于理解，這樣用戶理解機(jī)器人的初級(jí)思維 更為高效。 如果這一支持SE

8、2PM的假說被證明是真實(shí)的，各種互動(dòng)式機(jī)器人 都可以開發(fā)，無需為這些機(jī)器人復(fù)雜和可愛的外觀增加大量預(yù)算。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 SE2PM:初級(jí)思維表達(dá)規(guī)則的設(shè)計(jì) 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 上海大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 具有蜂鳴器和移動(dòng)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)具有蜂鳴器和移動(dòng)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)SE2PM 該實(shí)現(xiàn)基于以下基礎(chǔ)： 蜂鳴聲蜂鳴聲:小松（Komatsu）的研究表明，通過簡(jiǎn)單的不同持續(xù)時(shí)間 和語調(diào)高低的蜂鳴聲，可以進(jìn)行表達(dá)不同的初級(jí)思維。他得出以下的 結(jié)果： 1）短促的下降語調(diào) “積極思維” 。 2）長時(shí)間的

9、上升語調(diào) “消極思維” 。 3）持續(xù)時(shí)間較長的平音 “中性思維”。 移動(dòng)的機(jī)器人化外觀：移動(dòng)的機(jī)器人化外觀：使用Mindstorms（頭腦風(fēng)暴）。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 簡(jiǎn)單直觀 易于理解 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 三種對(duì)用戶初級(jí)但重要的原始思維：正面的、負(fù)面的以及中立 正面的思維正面的思維: 同意,例如：接受。 負(fù)面的思想負(fù)面的思想: 反對(duì), 例如：驚訝,懷疑。 中立的思維：中立的思維：猶豫，例如：說不出話來。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 A 概述 1） 三種思維 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 實(shí)驗(yàn)中使

10、用三種機(jī)器人: AIBO、Mindstorms、和 PC(從左至右) 2） 機(jī)器人的外觀: 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 1 AIBO SONY公司的AIBO (愛寶ESR-7)是最著名的消費(fèi)性寵物機(jī)器人。它有 著精細(xì)的動(dòng)物外觀和行為。 2 Mindstorms LEGO cooperation的Mindstorms（頭腦風(fēng)暴） (Robotic Invention System 2.0)。有非常典型的機(jī)器外形。采用不同類型的積木塊可以自己確定 他們最喜歡的機(jī)器人的外觀。 3 PC 為了控制,我們使用一個(gè)普通PC（松下W2 CF-W2DW6AXR）,在之前的 研究中是用來表

11、達(dá)蜂鳴聲的. 原因在于，相比于其他機(jī)器人（AIBO and Mindstorms）它根本不具備機(jī)器人外觀。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 3） 表達(dá)信息: AIBO的信息表達(dá)： SONY準(zhǔn)備為用戶使用稱為AIBO entertainment player (AIBO娛樂播放器)的工 具軟件, 它大約有80個(gè)基本預(yù)設(shè)動(dòng)作。 正面的思維： “Happy 1” （快樂的搖 擺尾巴）； “Happy 3” (朝LED眨眼微笑)。 負(fù)面的思維: “Angry 1” (號(hào)叫動(dòng)作) “Unhappy 1”(不開心的搖動(dòng)尾巴) 中性的思維： “歪著頭”; “

12、很好奇” (平淡的搖尾巴疑惑地 看) 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) Mindstorms（頭腦風(fēng)暴）和PC的信息 表達(dá): 正面的思維：兩種下降語調(diào)的蜂鳴聲 1 持續(xù)189ms，頻率值范圍在125HZ到0遞減 2 持續(xù)418ms，頻率值范圍在125HZ到0遞減 負(fù)面的思維: 兩種上升語調(diào)的蜂鳴聲 1 持續(xù)189ms，頻率值范圍在0 到125HZ遞增 2 持續(xù)819ms，頻率值范圍在0 到125HZ遞增 中性的思維：兩種平音（頻率無變化） 1 持續(xù)時(shí)間為639ms 2 持續(xù)時(shí)間為819ms 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表

13、情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) B.參與者參與者 參與者是18名日本大學(xué)生 男：12個(gè) 女：6個(gè) 所有參與者基本上都不熟悉AIBO、 Mindstorms以及其他機(jī)器人。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 （平均年齡為21.2歲） 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) C.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 步驟一： 向參與者說明任務(wù) 本實(shí)驗(yàn)的目的是通過一份調(diào)查問卷評(píng)估這 三種機(jī)器人。確切地說,這些機(jī)器人表示特 定信息,包括三種初級(jí)思維(正面、負(fù)面以及 中性的),你的任務(wù)是在本實(shí)驗(yàn)來回答“機(jī)器 人表達(dá)的是那種思維”,并且在調(diào)查問卷中 告訴我們你對(duì)三種機(jī)器人的印象。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單

14、模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 實(shí)驗(yàn)裝置圖 步驟二： 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 問題1:你理解了機(jī)器人的思維嗎? 問題2:表達(dá)的信息容易理解嗎? 問題3:你喜歡它的這種傳達(dá)信息的方式 嗎？ 問題4:你認(rèn)為這個(gè)機(jī)器人能成為我們?nèi)?常生活的一部分嗎? 問題5:你覺得這個(gè)機(jī)器人有感情嗎? 問題6:你認(rèn)為你能有效地和這種機(jī)器人 溝通嗎? 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 依次重復(fù)輪回實(shí)驗(yàn) 在完成一個(gè)機(jī)器人的18次試驗(yàn)后,參與者要 求對(duì)機(jī)器人的印象填寫一份問卷調(diào)查。這 些問題列在上頁的表中。填

15、好這份問卷后, 將對(duì)下一個(gè)機(jī)器人進(jìn)行另外18個(gè)試驗(yàn),然后 再進(jìn)行最后一個(gè)。因此,所有的參與者都和 所有三個(gè)機(jī)器人進(jìn)行接觸。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 步驟三： 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 V結(jié)果結(jié)果 A參與者能夠準(zhǔn)確理解機(jī)器人的思維嗎? 18個(gè)試驗(yàn)中，參與者就得到了如下正確回 答問題平均分值： AIBO 8.50，Mindstorms 14.33， PC 13.78。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 V結(jié)果結(jié)果 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 在AIBO和Mindstorms以及AIBO 和 PC之間存在著顯 著性差異 。雖然Minds

16、torms比PC具有較高次數(shù)的 正確答案,但并沒有顯著性差異。 與AIBO相比，Mindstorms或PC傳達(dá)給參與者它的 思維是一種更有效的方法。 我們的SE2PM假設(shè)在進(jìn)一步在實(shí)驗(yàn)科學(xué)分析中依 然成立，這些結(jié)果將可能對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)則有重 大影響，傳統(tǒng)規(guī)則更傾向于使機(jī)器人的外觀類似 于人或?qū)櫸铩?機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 V結(jié)果結(jié)果 B.機(jī)器人的主觀印象 通過調(diào)查問卷，我們使用方差分析得到的 結(jié)果，用6個(gè)李克特量表進(jìn)行表示。在該圖 表中，可見對(duì)于每個(gè)問題在評(píng)價(jià)每一個(gè)不 同機(jī)器人的平均分?jǐn)?shù)。AIBO具有最高的評(píng) 價(jià)，而PC最低。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 方差分析的結(jié)果確定

17、了在三種機(jī)器人之間存在4個(gè)不同的關(guān)系。 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 V結(jié)果結(jié)果 1)關(guān)系關(guān)系A(chǔ): AIBO收到最高的綜合評(píng)價(jià) 這種關(guān)系在“問題3:你喜歡機(jī)器人的這種 傳達(dá)信息的方式嗎？”以及“問題4:您認(rèn)為 這個(gè)機(jī)器人能成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?嗎?”兩個(gè)中得到。 具體來講, 在AIBO和Mindstorms以及AIBO 和 PC之間存在著顯著性差異。 這些結(jié)果來源于AIBO已是眾所周知的一種 娛樂目的的復(fù)雜的機(jī)器人這一事實(shí)。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 V結(jié)果結(jié)果 2）關(guān)系）關(guān)系B: 和PC相比AIBO得到的更高的評(píng) 價(jià) 這個(gè)關(guān)系可以在

18、“問題1:你理解了機(jī)器人 的思維嗎?”中看到。 PC回應(yīng)的答對(duì)問題的平均數(shù)量明顯高于 AIBO,同樣Mindstorms也是高出AIBO很多。 因此,在實(shí)際功能的有效性（告知參與者 傳達(dá)機(jī)器人的思維）和參與者對(duì)機(jī)器人的 印象之間有一個(gè)巨大差距。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 V結(jié)果結(jié)果 3)關(guān)系關(guān)系C: 測(cè)試優(yōu)異成績排序?yàn)锳IBO Mindstorms PC 這個(gè)關(guān)系可以在問題5“你覺得這個(gè)機(jī)器人 有感情嗎?”和問題6“你認(rèn)為你能有效地和這 種機(jī)器人溝通嗎?”中看到。 具體來講，在三種機(jī)器人之間有明顯不同: 測(cè)試優(yōu)異成績排序?yàn)锳IBO Mindstorms PC。 這里就像在關(guān)系A(chǔ)中AIBO得到最高的評(píng)價(jià)。 而且Mindstorms得到了一個(gè)比PC更高的分?jǐn)?shù)。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 V結(jié)果結(jié)果 4)關(guān)系關(guān)系D: 三個(gè)機(jī)器人區(qū)別不是很明顯 這個(gè)關(guān)系可以在問題2:“這種表達(dá)信息容 易理解嗎?”中看到。 在這里,雖然AIBO得到更高的評(píng)價(jià),在AIBO 和Mindstorms兩種機(jī)器人中并沒有顯著性差 異。 建模與仿真 文獻(xiàn)閱讀課講解課件 機(jī)器人簡(jiǎn)單模仿人類初級(jí)表情的建模 工程 VI.討論 A:SE2PM