SRL空间关系学：超数量机械肢在近身交互中的空间设计指南

文献标题

SRL Proxemics: Spatial Guidelines for Supernumerary Robotic Limbs in Near-Body Interactions

出版信息

• 研究领域: 穿戴式超额机器人肢体（SRLs）在近身交互中的人机交互。
• 关键词: 超额机器人肢体, 亲密空间学, 人机交互, 感知安全, 信任, 自主性, 具身性, 空间交互, 穿戴式机器人。

背景与问题

• 问题/挑战: 现有的SRL系统缺乏在近身交互中管理空间行为和自主性的系统框架。目前的方法通常采用统一的自主性策略，忽略了用户在不同身体区域的特定期望。
• 重要性: 在工业装配、手术辅助和个人增强等应用中，确保SRL的感知安全、信任和舒适性对于其推广至关重要。
• 动机与相关研究: 以往研究集中于机械可行性和共享自主性，但尚未解决SRL在亲密的个人空间中应如何表现。亲密空间学概念已被应用于非身体安装的机器人，但对身体安装系统的研究仍属空白。

解决方案

• 提出的方法: SRL Proxemics——一种针对SRL在近身交互中的空间校准和可读行为的区域和组件级设计框架。
• 创新点:
  1. 引入基于身体的信任梯度，制定区域特定的自主性和运动规则。
  2. 结合用户定义的引导和生理测量的混合方法研究以推导空间策略。
  3. 实证表明自主性偏好因身体区域和任务情境而异。
  4. 开发了一个三层策略，用于SRL的区域响应控制。
• 流程与关键技术:
  • 通过Wizard-of-Oz实验对18名参与者进行研究，使用背部安装的SRL。
  • 任务包括“舒适区”和“控制交接”场景，以引导用户定义的空间策略。
  • 比较高自主性基线与参与者定义规则（PDR）。
  • 收集定性数据（思维过程记录、访谈）、生理数据（皮肤电导反应）和主观评分（信任、安全性、具身性）。

结果

• 具体发现:
  • 参与者将身体分为具有不同自主性和运动偏好的区域：关键区域（如面部、躯干）、监督区域（如肩膀、上臂）和实用区域（如手部、前臂）。
  • 高自主性进入阶段比PDR进入阶段引发更高的生理唤醒（皮肤电导反应峰值），尤其是在接近/进入阶段。
  • 与高自主性基线相比，PDR提高了感知安全性、信任和具身性。
• 相较基线的优势:
  • PDR在敏感交互中减少了生理唤醒，并改善了主观保障指标（如信任、安全性、具身性）。
  • 高自主性模式尽管能力更强，但被认为不够可预测且不够安全。
• 实验/评估:
  • 混合方法设计，18名参与者（6名女性，12名男性；平均年龄27.72岁）。
  • 任务：“舒适区”（交接场景）和“控制交接”（协作分类）。
  • 测量指标：定性空间规则、皮肤电导反应、信任和安全性问卷、具身性评分。
• 局限性与未来工作:
  • Wizard-of-Oz设置缺乏实时自主性和错误恢复能力。
  • 单次实验限制了对长期适应性的洞察。
  • 研究结果特定于背部安装的SRL和受控任务；需要在多样化配置和实际应用中进行复现。
  • 提出的叠加策略（如情感响应调节）尚未测试。

总结

本文提出了SRL Proxemics框架，用于设计超额机器人肢体（SRL）在近身交互中的空间适应行为。通过Wizard-of-Oz实验，参与者定义了区域和组件特定的自主性规则，表明感知安全性和信任取决于空间校准和可读行为，而非统一的自主性。与高自主性基线相比，参与者定义规则（PDR）降低了生理唤醒并提高了主观保障。研究结果支持三层区域响应控制策略，并强调用户中心设计在穿戴式机器人中的重要性。未来工作应在自主系统中实施这些策略，并测试其在多样化场景中的适用性。