카페서비스로봇의 최적 모션 HRI 디자인 개발에 관한 연구 = The Development of Optimal Motion HRI Design for Cafe Service Robots

국문 초록 (Abstract)

연구배경 협동로봇과 같은 비휴머노이드 타입의 로봇은 인간과 유사한 감정 표현이 어렵기 때문에 적절한HRI 디자인 개발이 필수적이다. 하지만 HRI 디자인을 물리적으로 프로토타이핑하기 위해서는 높은 수준의 공학지식을 요하며 높은 개발 비용을 부담해야 한다는 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 비휴머노이드 서비스 로봇의 일종인 카페로봇의 모션 HRI 디자인을 감정적 요소에 중점을 두어 개발하였다. 그리고 개발한 HRI 디자인을평가하는 과정에서 VR 프로토타이핑의 활용 가능성을 파악하였다.
연구방법 카페로봇과 바리스타의 서비스 프로세스를 비교하여 모션 HRI 디자인을 적용할 상호작용을 도출하였으며, 연기자에 의한 재연 실험을 통해 개발에 필요한 감정 요소를 파악하였다. 감정 요소를 가장 적절히 표현한 연기자의 움직임을 모션 캡쳐 장비를 통해 습득하였다. 그리고 협동로봇에 연기자의 움직임을 적용하기 위한원칙을 세우고 모션 HRI 디자인 개발에 적용하였다. 개발한 모션 HRI를 평가하기 위해 VR 프로토타이핑 환경을구성하여 선호도를 평가하였다.
연구결과 카페로봇의 모션 HRI 디자인은 재연 실험과 모션 캡쳐를 통해 도출한 감정 요소와 운동학적 요소를바탕으로 개발되었다. VR 프로토타이핑을 통한 선호도 평가 결과 감정 요소가 반영된 모션 HRI 디자인의 선호도가 더 높은 것을 확인하였다.
결론 본 연구에서는 비휴머노이드 타입의 카페로봇의 최적 모션 HRI 디자인을 개발하였다. 비휴머노이드 타입이라도 로봇과 고객이 원활한 인터랙션을 한다면 로봇의 서비스 품질에도 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것이다. 또한 VR 프로토타이핑 환경을 구성하고, 이를 통해 손쉽게 모션 HRI 디자인을 평가할 수 있는 가능성을 확인하였다. 이는 모션 HRI 디자인을 개발하는 디자이너 입장에서 VR 프로토타이핑이 새로운 방향성이 될 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background Developing an appropriate human-robot interaction(HRI) design is essential for non- humanoid robots, such as collaborative robots, because it is difficult for them to express human-like emotions. However, the problem with physically prototyping HRI designs is that they require a high level of engineering knowledge and high development costs. Therefore, in this study, we develop a motion HRI design for a cafe robot, a type of non-humanoid service robot, focusing on emotional factors. In the process of evaluating the developed HRI design, we identify the possibility of utilizing virtual reality(VR) prototyping.
Methods By comparing the service process of a cafe robot and a human barista, we identified interactions to apply motion HRI design. We identified the emotional elements needed for development through re-enactment experiments by actors. The actor’s movements that most appropriately expressed the emotional elements were acquired through motion capture equipment. The principles for applying the actor’s movements to the collaborative robot were established and applied to the development of the motion HRI design. To evaluate the developed motion HRI, a VR prototyping environment was constructed to evaluate preferences.
Results Café Robot’s motion HRI design was developed based on emotional and kinematic factors derived from reenactment experiments and motion capture. Preference evaluation through VR prototyping showed that the motion HRI design with emotional elements was more preferred.
Conclusions In this study, we develop a motion HRI design for a non-humanoid cafe robot. Even if the robot is non-humanoid, smooth interaction with customers can have a positive impact on the service quality of the robot. We also confirm the possibility of constructing a VR prototyping environment and evaluating motion HRI designs easily through it. This suggests that VR prototyping could be a new direction for designers developing motion HRI designs.

참고문헌 (Reference)

• 1 "Solutions" COSTA COFFEE
• 2 "Service"
• 3 Hong, S., "Robot design practice"
• 4 Marc, B., "Permission to Feel" Booklife 2020
• 5 Lu, D. V., "Multi-person motion capture dataset for analyzing human interaction" 2011
• 6 Aristidou, A., "Motion indexing of different emotional states using LMA components" 1-4, 2013
• 7 Laban, R. V., "Modern educational dance" 1975
• 8 "Meet Servi"
• 9 Knight, H., "Laban head-motions convey robot state: A call for robot body language" IEEE 2881-2888, 2016
• 10 "Hyundai D1 Mini"
• 11 La Viola, C., "Humans and robotic arm: Laban movement theory to create emotional connection" IEEE 566-571, 2022
• 12 Baek, B., "Food-Tech Robot Trends" KIRIA 2020
• 13 Tuyen, N. T. V., "Emotional bodily expressions for culturally competent robots through long term human-robot interaction" IEEE 2008-2013, 2018
• 14 Wei, Y., "Designing robot behavior in human robot interaction based on emotion expression" 43 (43): 380-389, 2016
• 15 Zheng, K., "Designing and implementing a human-robot team for social interactions" 43 (43): 843-859, 2013
• 16 Bartenieff, I., "Body movement: Coping with the environment" Routledge 2013
• 17 ABOUT, "BOTBOTBOT"
• 18 Cha, E., "A survey of nonverbal signaling methods for nonhumanoid robots" 6 (6): 211-323, 2018
• 19 Jeong, H., "A study on the development of facial expression design for building advanced models of robot emotions : Focused on the application of autonomous quarantine robots based on HRI" 2023
• 20 Bae, T., "A study on appilication of motion capture equipment about the creation for stable operation of Android robot" 2023
• 21 Iwasaki, M., "A customer's attitude to a robotic salesperson depends on their initial interaction" IEEE 300-305, 2018
• 22 Scherer, K. R., "A Blueprint for Affective Computing: A sourcebook and manual" Oxford university press 2010