FLEX-SDK：用于创建社交机器人的开源软件开发工具包

文献标题

FLEX-SDK: An Open-Source Software Development Kit for Creating Social Robots

文献信息

• 主题领域: 社交机器人开发工具
• 关键词: 人机交互、终端用户编程、个性化、快速原型设计、开放源码、社交机器人、用户界面编程、机器人编程工具
• 发表会议: 第35届年度ACM用户界面软件与技术研讨会 (UIST 2022)
• DOI: https://doi.org/10.1145/3526113.3545707

研究背景与问题

• 问题与挑战:
  • 社交机器人的应用正迅速增多，但其开发门槛仍然较高。
  • 开发社交机器人应用需要特定的硬件平台和复杂的编程工具，这限制了广泛的社会应用。
• 重要性:
  • 降低社交机器人的开发门槛可以促进其在教育、医疗保健等领域的普及。
  • 便捷化的编程工具有助于扩大开发者社区，从而激发创造性应用。
• 研究动机与相关工作:
  • 当前市场上的商用机器人通常与特定编程工具捆绑，灵活性有限。
  • 先前的研究多集中在现有机器人平台的基础上开发工具（如NAO机器人、Pepper机器人），缺乏开放式且通用的解决方案。
  • 本工作旨在填补这一空白，为无编程经验的用户提供一个开放、易用的社交机器人开发工具包。

解决方案

• 提出的方法/解决方案:
  • FLEX-SDK: 一个基于浏览器的开源开发工具包，可将两个平板电脑转变为社交机器人。
  • 包括以下功能模块：
    • 表情设计工具 (FaceEdit) 和输入/输出屏幕设计工具 (IOEdit)
    • 向导式操控界面 (Wizard-of-Oz)
    • 文本编程工具和虚拟机器人渲染器
• 创新之处:
  • 脱离对特定硬件的依赖，提供极高的移植性。
  • 将内容创作（如面部设计和屏幕交互）与机器人编程分离，适配不同技术水平的用户。
  • 用户可快速测试并迭代设计，无需深入的机器人编程知识。
• 实施步骤及关键技术:
  1. 机器人外观设计：
     • 使用FaceEdit工具设计机器人面部，调整眼睛、嘴巴等特征。
     • 提供28种可修改的面部参数。
  2. 交互界面设计：
     • 使用IOEdit工具创建输入/输出屏幕，支持文本、滑块、按钮等元素。
  3. 编程与控制：
     • 提供基于JavaScript的API，允许用户编写复杂程序，进行交互自动化。
     • WoZ工具支持即时控制机器人。
  4. 实时数据库支持：
     • 使用Firebase实现数据存储与工具间通信。

研究成果

• 主要成果:
  • 证明FLEX-SDK能够快速创建多种社交机器人，不限硬件平台。
  • 支持编程新手（包括学生、参与式设计者）完成社交机器人设计与开发。
  • 在精神健康、教育等领域具有显著应用潜力。
• 优势:
  • 显著降低社交机器人开发门槛。
  • 支持快速原型设计，减少硬件购买和软件学习成本。
  • 工具的设计直观，适用于不同用户群体（包括无技术背景的用户）。
• 实验与评价结果:
  • 展示了9个案例研究，涵盖实验研究、参与式设计及科教拓展活动：
    • 机器人用于不同交互方式（例如心理健康支持、教育活动）的比较。
    • 用户通过FaceEdit设计机器人面部，在不同应用领域中快速生成多样化的机器人。
    • 参与者对工具的接受程度较高，即使是未受过培训的用户也能轻松使用。
• 局限性与未来方向:
  • 目前缺乏对更复杂感知任务（如摄像头和麦克风输入）的支持。
  • 用户编程场景相对简单，尚未充分挖掘JavaScript的编程潜力。
  • 未来需加强系统的自主感知能力，并针对内容创作和编程之间的整合进行优化。

总结

FLEX-SDK通过开放源代码、模块化设计、高用户友好的界面降低了社交机器人开发的技术门槛，对促进人机交互领域的研究和应用具有重要意义。未来的扩展可能会覆盖更多应用场景，进一步提升系统的能力和灵活性。