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09.12.2002 Proseminar Unterhaltungsroboter von Volker Lübbers und Aaron

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Folie 1

Proseminar:Roboter & Aktivmedien

Unterhaltungsroboter


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Übersicht

1. Einführung2. Baukastensysteme3. Sonys Aibo4. Hondas P35. Sonys neuer SDR4X6. Fazit


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I. Einführung

1. Definitionen2. Intentionen3. Was wird alles als Unterhaltungsroboter

angesehen?


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Definitionen

Nach einem Proposal of technical committee on entertainment computing:

1. ICT based Toys2. Pet Robots3. Emotion model and rendering technologies

for robots


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Definitionen

Roboter: Selbständiges, programmierbares, elektromechanisches Gerät, das in der Industrie und wissenschaftlichen Forschung für jeweils eine spezielle Aufgabe oder eine begrenzte Anzahl von Aufgaben eingesetzt wird. Roboter stellen eine Unterkategorie von Automaten dar. Obwohl keine generell anerkannten Kriterien existieren, die Roboter von anderen Automaten unterscheiden,[...]

(MS Encarta 2000)


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Intentionen

1. Education:• Interesse von einer größeren Zielgruppe

erwecken• Studenten, Schülern (jüngeren Menschen)

den Einstieg in die Technik erleichtern

2. Kommerz3. Techn. Weiterentwicklung


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Folie 7

Was bezeichnet man als Unterhaltungsroboter?

Unterscheidung:1. Ferngesteuerte Systeme2. Autonome Systeme3. Baukastensysteme


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Ferngesteuerte Systeme

• Werden von einer (meist dem Publikum verborgen gehaltenen) Person ferngesteuert.

• Nicht autonom• Dienen nur zur Belustigung des

Publikums durch visuelle und akustischen Effekt


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• Einsatzgebiete:- Freizeitparks- Robot-Wars- Partys- Sonst. Events mit großem Publikumsverkehr


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Unterhaltungsroboter Roboter eines Robot-Wars Teams


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Autonome Systeme

z.B.:• Sanyo: Robot Guard Dog• iRobot & Hasbro: My First Baby• NEC: PaPeRo• Sony: Aibo

...


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Sanyo: Robot Guard Dog


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Sanyo: Robot Guard Dog

• Hat eine Kamera in der „Schnauze“• Geräusch-Sensoren• Kann per Handy gesteuert & überwacht

werden• Kann Einbrecher entdecken und

fotografiert diese


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Folie 14

iRobot & Hasbro: My First Baby


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iRobot & Hasbro: My First Baby

• Zielgruppe: Kleine Kinder• Reagiert auf unterschiedliche Behandlung• Kann Gesichtsmuskeln simulieren

(Lippen, Augenbrauen,...)• Eher ein intelligentes Spielzeug als ein

Roboter• Motoren noch sehr laut


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NEC: PaPeRo


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NEC: PaPeRo

• Walking Mode:- Sollten keine Aufgabe zu erledigen sein, fährt

er einige Zeit lang autonom herum- Macht ein „Nickerchen“, falls er „müde“ ist

oder niemanden findet- Findet best. Personen und übermittelt (falls

vorhanden) Nachrichten


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NEC: PaPeRo

• Walking Mode:- Kann Geräuschquellen identifizieren und

wendet sich ihnen zu- Entfernung von Zielen wird mittels Stereo-

Kameras berechnet und anschließend angesteuert

- Kann sich Namen v. Personen merken


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NEC: PaPeRo

• Talking Mode:- Interaktion besteht aus Unterhaltung und

Spielen- Reagiert auf Berührungen best. Teile- Hat Gefühle- Variables Verhalten, wird durch Person und

deren bisheriges Verhalten bei der Interaktion bestimmt


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NEC: PaPeRo


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Folie 21

NEC: PaPeRo


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II Baukastensysteme

1. Fischer Technik

2. LEGO Mindstorms


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Fischer-Technik

1. Mobile Robots II1. Vor 5 Jahren erster Kasten2. Stärkere Motoren3. Sonst kaum Hardware-Veränderung4. Intelligent Interface


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Fischer-Technik

1. Div. Sensortechnik 2. Software LLWin 3.0.3, aber auch in

anderen Sprachen möglich3. Auch Funkverbindung möglich, dann aber

nur noch in LLWin4. Kein nichtflüchtiger Speicher


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LEGO Mindstorms

1. Bauteile und deren Fähigkeiten

2. Fan Projekte


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Bauteile und deren Fähigkeiten

• Anleitungen, Tutorials & Software auf CD-ROM

• Software:- 16 kByte ROM- 512 Byte (firmware)- 32 kByte (Programme)- P.- Sprache: „RCX Code“


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Bauteile und deren Fähigkeiten

• Verschiedene Baukästen:- Robotics Invention System 2.0- Ultimate Accessory Set- Vision Command- Dark Side Developer Kit- Ultimate Builders Set


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Robotics Invention System

RCX-Mikrocomputer(„Gehirn“)

- autonomer LEGO-Computer

- per PC Programmierbar


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Sensoren


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IR-Transmitter

- zur Übertragung von Daten PC – RCX

und umgekehrt


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Ultimate Accesory Set

Fernbedienung

- Reichweite: 20 Fuß


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Ultimate Accesory Set

Rotations-Sensor

- misst Drehungen (Winkel)

und deren Richtung

(rechts/links)


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Vision Command

LEGO-Kamera

- 30 Bilder/ sec.

- Auflösung: 352 x 288

- integriertes Mikro zur

Geräuscherkennung

-Reagiert auf Veränderungen von

Lichtverhältnissen & Bewegungen


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Fan Projekte

1. „Rolighed“, The party optimizer

2. Schachcomputer


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„Rolighed“


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„Rolighed“

• Verwendete Systeme: Vision Command• Erkennt ob getanzt wird• Wechselt selbständig (oder auf Wink)

Track, bzw. CD• Fotografiert alle paar Minuten die

Tanzfläche (falls getanzt wird)


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Folie 37

„Rolighed“

• Kennt die Befehle:- Stop- Play- Next- Previous- Change CD

• Kann CDs in vorgegebener oder zufälliger Reihenfolge abspielen

• Wartet auf neue CDs, wenn am Ende


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Schachcomputer

X- Schiene

Y- Schiene

RCX

Magnet

Skizze des Aufbaus


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Schachcomputer

• Software:- Grundsätzliches Problem:

Speicherbegrenzung- Anregungen f. Algorithmus aus Internet- Vereinfachung d. Algorithmus- Trotzdem noch recht leitungsstark- Kann sogar über Figuren „springen“


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Schachcomputer

• Hardware:- RCX hat nur x,y- Bewegung- Figuren werden magnetisch bewegt- Wenn Figur bewegt werden soll, dann wird

Magnet „hochgefahren“


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III Sonys Aibo

1. Historischer Überblick2. Aktuelle Produktpalette3. Unterschiede der aktuellen Modelle4. Zubehör und Software


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Folie 42

Historischer Überblick

• 1998 ERS-110(111)• 2000 ERS-210• 2001 ERS-311(312)• 2001 ERS-220• 2002 ERS-210A&220A


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Folie 43

Aktuelle Aibomodelle

1. ERS-210A2. ERS-220A3. ERS-311/312


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Folie 44

Gemeinsamkeiten aktueller Sonymodelle

• 64-bit RISC CPU• Memory Stick slots• Integriertes Mikro• Integrierte Kamera• IR Entfernungssensor• Beschleunigungssensor• Vibrationssensor• Aibos tonale Sprache


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ERS-210A

• Hat 4 LED• 50 Sprachkommandos• 16 MB RAM• Temperatursensor und 4 Drucksensoren• Kostet 1914€


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Folie 46

Abbildung des ERS-210A


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ERS-220A

• Hat 21 LED• 75 Sprachkommandos• 32 MB RAM• Kann Bilder durch Auslösen von

Bewegungssensoren machen• Nur neuer Drucksensor am Schwanz

gegenüber 210A hinzugefügt• Wirkt futuristischer als der 210A• Kostet 2297€


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Folie 48

Abbildung des ERS-220A


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LM-Serie (ERS-311/312)

• Kaum Darstellungsmöglichkeiten seiner Emotionen• 75 Sprachkommandos• Weniger Sensoren (kein Drucksensor, kein

Temperatursensor)• Wesentlich weniger bewegliche Teile• Nicht wie 210A und 220A aus Komponenten

aufgebaut.• Bekam ein niedlicheres Aussehen• Kostet 999€


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Folie 50

Abbildung des ERS-311


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Folie 51

Zubehör und Software1. Zubehör:

1. Speedboard2. Ladestation3. Tragetasche

2. Software1. Aibo-Ware

a) Recognitionb) LIFEc) Explorerd) Party Mascot

2. PC-Anwendungena) Master Studiob) Messengerc) Navigator


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Speedboard

• 4 Räder• 3 unterschiedlich

farbige Achsen• Zusätzliche Software

- neue Kommandos, wie „turn left“

- Programmierbare Bewegungen mit dem Board, die Aibo sich merken kann

• Aibo bleibt autonom


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Ladestation

• Ermöglicht es Aibo den Akku aufzuladen• Mit zusätzlicher Software (s. Recognition)

findet Aibo sie automatisch und lädt auch automatisch auf


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Recognition

• Als Upgrade für ERS-210A zu verstehen• Man kann von Anfang an mit einem ausgewachsenen

Roboter kommunizieren • Aibo erkennt nun sein Herrchen• Aibo erkennt seinen Akkuzustand und lädt sich

selbstständig auf


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LIFE

• Macht Aibo eigentlich erst zu Aibo• Sprachanweisung• Möglichkeit der Namensgebung• Lernprozess, wie beim Heranwachsen,• Möglichkeit Fotos aufzunehmen• Aktionsprogrammierung• Kommunikation zwischen 2 Aibos


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Abbildung zum Lernprozess


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Explorer

• Nur für ERS-220A• Aibo ist sofort ausgereift und benötigt

keine Aufzucht


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Party Mascot

• Aibo fungiert als Partyunterhaltung• 4 verschiedene Modi:

- Party Mascot: bspw. um Spiele zu spielen- Athlete: Zum Wettkampf mit anderen Aibos- Entertainer: Er tanzt singt und führt

Kunststücke vor- You and your Aibo: Das Herrchen selbst

misst sich mit ihm


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Master Studio

• Ermöglicht das Programmieren von Aibo- Verhalten- Bewegung


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Messenger

• Ermöglicht Aibo Bescheid zu sagen, wenn man eine Email erhalten hat

• Implementiert Vorlesefunktionen mit 3 verschiedenen Stimmen

- Emails- Internetseiten- Erinnerungen- Uhrzeit

• Fügt Gestik zu Schlüsselwörtern hinzu


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Navigator

• Ermöglicht die Fernsteuerung von Aibo mit Hilfe von gewöhnliche Computerschnittstellen

• Man sieht Aibo in 3D und was er sieht um ihn steuern zu können

• In der neuesten Version auch Force Feedback Unterstützung


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IV Hondas P3

1. Technische Daten2. Besonderheiten in der Konstruktion3. Fazit


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Technische Daten

• 1,60m groß, 130kg schwer• Kann 9 Kilo pro Arm tragen• Riesiger Akku reicht nur für 25 Minuten• 4 Prozessoren zur Steuerung von

Gleichgewicht und Koordination der Bewegungen

• Schafft 2 km/h• 16 Gelenke


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Besonderheiten

• Fehlende Wirbelsäule -> Lange Arme• Kann seitwärts, schräg nach vorne,

Treppen hinauf und hinunter gehen• Kann auf unebenem Boden laufen• Bewegungsabläufe plant und initiiert er

nicht selbstständig, sondern Steuerung per Funk


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Fazit als Video


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V Sonys neuer SDR4X

1. Was kann der SDR4X?2. Wie macht er das?


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Was kann der SDR4X?

1. Zweibeinige Fortbewegung2. Personenerkennung3. Kommunikation


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Zweibeinige Fortbewegung

1. Der SDR4X kann sich auf 2 Beinen fortbewegen, was ihn an einen Humanoiden erinnern läßt.Was kann er noch, außer geradeaus laufen?

a. Balance haltenb. Tanzen


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Balance halten

• Er kann die Balance halten, auch unter schwierigeren Bedingungen:

1. Wenn man ihn anstößt2. Auf unebenem Untergrund3. In Schräglagen

1. Er verfügt über ein protection system, welches verhindert, dass er ernsthaften Schaden nimmt, sollte er doch einmal umfallen.


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Tanzen

• Durch die Möglichkeiten in schwierigen Situationen die Balance zu halten, ist es ihm auch möglich zu tanzen

- Noch nicht vollständig autonom- Komplexe Bewegungsabläufe müssen über

einen PC erstellt werden.


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Personenerkennung

• Er kann Leute unterscheiden. Dazu sind 2 Techniken implementiert:

- Stimmerkennung• Er kann Personen anhand der Stimme

unterscheiden- Bilderkennung

• Oder anhand ihrer Erscheinung


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Kommunikation

1. Er kann mit seiner Umgebung kommunizieren, indem er

a. Sprichtb. Singt


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Sprechen

• Konversationen klingen natürlich, durch:- Einsatz von Stimmvariation

• Emotionen sind über die Stimme erkennbar

- Einsatz von Kurz- und Langzeitgedächtnis• Unterschiedliche Konversation bei unterschiedlichen

Personen• Passt das Vokabular an• Speicherung von Emotionen aus früheren Konversationen

- Gestik


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Singen

• Er hat die Fähigkeit zu singen- Stimmvariation- Möglichkeit der Stimme ein Vibrato

hinzuzufügen• Er braucht dazu einen Musik oder

Songtext Input.


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Wie macht er das?

1. Welche Möglichkeiten hat er um seine Umgebung wahrzunehmen?

2. Was ermöglicht ihm sich fortzubewegen?3. Wie funktioniert die Personenerkennung?


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Umgebungswahrnehmung

• 2 Kameras• 7 Mikrofone• Wireless Lan• Diverse Sensoren, die bspw. Aufschluss

über seine momentane Position und seine momentane Lage geben


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Fortbewegung

• Er verfügt über:- 28 Gelenke- Situationsbedingte Echtzeit Abänderung

seines Laufstils• Abstandserkennung durch 2 Kameras im

Kopf


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Personenerkennung

• Er kann 10 Personen akustisch und 10 Personen visuell unterscheiden

- Visuelle Personenerkennung über die Kameras- Akustische Personenerkennung über die Mikrofone- Beides im Kopf integriert.- Personenspezifische Daten können so gespeichert

und zur Personalisierung verwendet werden


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VI Fazit

1. Viel Effekthascherei2. Technik trotz allem schon

fortgeschrittener als man manchmal erwartet

3. Gradwanderung, was man glauben soll & was nicht -> oft übertriebene Darstellung

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