Human-Like Guide Robot that Proactively Explains Exhibits

We developed an autonomous human-like guide robot for a science museum. Its identifies individuals, estimates the exhibits at which visitors are looking, and proactively approaches them to provide explanations with gaze autonomously, using our new approach called speak-and-retreat interaction. The robot also performs such relation-building behaviors as greeting visitors by their names and expressing a friendlier attitude to repeat visitors. We conducted a field study in a science museum at which our system basically operated autonomously and the visitors responded quite positively. First-time visitors on average interacted with the robot for about 9 min, and 94.74% expressed a desire to interact with it again in the future. Repeat visitors noticed its relation-building capability and perceived a closer relationship with it

Designing a robot to evaluate group formations

Robots are making their way in environments inhabited by people. Whether in domestic or public crowded environments, robots should take into consideration social norms and behaviors in order to become a social robot. This dissertation focuses on the problem of how to develop a robotic platform in order to validate human-robot interaction experiences in realistic environments. More specifically, we are concerned with social interactions in human-robot groups in public scenarios, where a variety of people can converge. Our final goal is the develop of a social robot based on certain theories of group behavior and the use of space, known as spatial relationships. The intermediate goals are related with the design and development of the experiences in the wild: as minor changes as possible in the scenario, definition of social tasks, gradual development of a robotic platform as transparent as possible from the robotic side. Initially, this research introduces several preliminary studies of human-robot interaction (HRI) with the PAL Robotics’ REEM robot at the CosmoCaixa Science Museum in Barcelona. Based on certain theories about the use of space as a form of social communication or interaction, the task under study with the commercial robot is as a museum guide, both when the group was in motion (\ie when it was being guided) as well as a group in a static place. Moreover, a second HRI study with REEM robot accomplishing the task of a teacher's assistant was carried out to analyze the perception of the robot's social presence and identity. Likewise, the development of a robotic platform, known as MASHI, for the study of HRI is presented. Based on the service to be completed by the robot, improvements in the experimental robotic platform (structure, morphology, head, face, arms) were carried out in continuous cycles following the development of HRI experiences. This structure should be hold as simple as possible in order to make it `transparent' in the social HRI study. Next, the field study of human-robot social interaction with the MASHI robot with the role of exhibition guide in a cultural center is presented. Based on direct observation techniques, a study is made of the different spatial relationships that are generated when a robot interacts with a person or groups of people. Finally, a novel approach to represent the spatial relationships of HRI in a qualitative way is introduced for future experiences. In this concluding study, we analyze different spatial arrangements generated in a social scenario with a robot within the guide role. As a main conclusion, it can be stated that people follow social norms, in the form of spatial relationships, when interacting with a robot that provide a social service in a public space. Children, however, recurrently challenge these social norms, probably because they are constantly learning about the norms that regulate our coexistence. Spatial relationships are clearly reinforced when the role assigned to the robot is more explicit and understood by people. Spatial relationships can be affected by the characteristics of the environment, either by the available space or by the elements arranged in it, as well as by the number of people who inhabit it. Overall, this dissertation points out that the provided service, and its understanding from the user’s side, is more important that the robotic skills of the robotic platform in order to improve user experiences in public environments.Los robots se abren paso en entornos habitados por personas. Ya sea en entornos domésticos o públicos, los robots deben tener en cuenta ciertas normas y comportamientos sociales para convertirse en un robot social. Esta disertación se centra en el problema de cómo desarrollar una plataforma robótica para validar experiencias de interacción humano-robot en entornos realistas. Más específicamente, nos preocupamos por las interacciones sociales en grupos humano-robot en escenarios públicos, donde una gran variedad de personas puede converger. Nuestro objetivo final es el desarrollo de un robot social basado en ciertas teorías de comportamiento grupal y el uso del espacio, conocidas como relaciones espaciales. Los objetivos intermedios están relacionados con el diseño y desarrollo de las experiencias `en la naturaleza': cambios mínimos como sea posible en el escenario, definición de tareas sociales, desarrollo gradual de una plataforma robótica lo más transparente posible desde el lado robótico. Inicialmente, esta investigación presenta varios estudios preliminares de interacción humano-robot (HRI) con el robot REEM de PAL Robotics en el Museo de Ciencias CosmoCaixa de Barcelona. Basado en ciertas teorías sobre el uso del espacio como una forma de comunicación o interacción social, la tarea en este estudio con el robot comercial es como guía de museo, tanto cuando el grupo estaba en movimiento (es decir, cuando estaba siendo guiado) como cuando el grupo estaba en un lugar estático. Además, se llevó a cabo un segundo estudio de HRI con un robot REEM que realizaba la tarea de un asistente de profesor para analizar la percepción de la presencia e identidad social del robot. Asimismo, se presenta el desarrollo de una plataforma robótica, conocida como MASHI, para el estudio de la HRI. En función del servicio que debe completar el robot, las mejoras en la plataforma robótica experimental (estructura, morfología, cabeza, cara, brazos) se llevaron a cabo en ciclos continuos siguiendo el desarrollo de las experiencias de HRI. Esta estructura debe mantenerse lo más simple posible para que sea 'transparente' en el estudio de HRI social. A continuación, se presenta el estudio de campo de la interacción social humano-robot con el robot MASHI con el papel de guía de exposición en un centro cultural. Con base en técnicas de observación directa, se realiza un estudio de las diferentes relaciones espaciales que se generan cuando un robot interactúa con una persona o grupos de personas. Finalmente, se introduce un enfoque novedoso para representar las relaciones espaciales de la HRI de forma cualitativa para las experiencias futuras. En este estudio final, analizamos diferentes arreglos espaciales generados en un escenario social con un robot con el rol de guía. Como conclusión principal, se puede afirmar que las personas siguen normas sociales, en forma de relaciones espaciales, cuando interactúan con un robot que brinda un servicio social en un espacio público. Los niños, sin embargo, desafían recurrentemente estas normas sociales, probablemente porque están aprendiendo constantemente sobre las normas que regulan nuestra convivencia. Las relaciones espaciales se refuerzan claramente cuando el rol asignado al robot es más explícito y entendido por las personas. Las relaciones espaciales pueden verse afectadas por las características del entorno, ya sea por el espacio disponible o por los elementos dispuestos en él, así como por el número de personas que lo habitan. En general, esta disertación señala que el servicio prestado, y su comprensión del lado del usuario, es más importante que las habilidades robóticas de la plataforma robótica con el fin de mejorar las experiencias del usuario en entornos público

Designing a robot to evaluate group formations

Robots are making their way in environments inhabited by people. Whether in domestic or public crowded environments, robots should take into consideration social norms and behaviors in order to become a social robot. This dissertation focuses on the problem of how to develop a robotic platform in order to validate human-robot interaction experiences in realistic environments. More specifically, we are concerned with social interactions in human-robot groups in public scenarios, where a variety of people can converge. Our final goal is the develop of a social robot based on certain theories of group behavior and the use of space, known as spatial relationships. The intermediate goals are related with the design and development of the experiences in the wild: as minor changes as possible in the scenario, definition of social tasks, gradual development of a robotic platform as transparent as possible from the robotic side. Initially, this research introduces several preliminary studies of human-robot interaction (HRI) with the PAL Robotics’ REEM robot at the CosmoCaixa Science Museum in Barcelona. Based on certain theories about the use of space as a form of social communication or interaction, the task under study with the commercial robot is as a museum guide, both when the group was in motion (\ie when it was being guided) as well as a group in a static place. Moreover, a second HRI study with REEM robot accomplishing the task of a teacher's assistant was carried out to analyze the perception of the robot's social presence and identity. Likewise, the development of a robotic platform, known as MASHI, for the study of HRI is presented. Based on the service to be completed by the robot, improvements in the experimental robotic platform (structure, morphology, head, face, arms) were carried out in continuous cycles following the development of HRI experiences. This structure should be hold as simple as possible in order to make it `transparent' in the social HRI study. Next, the field study of human-robot social interaction with the MASHI robot with the role of exhibition guide in a cultural center is presented. Based on direct observation techniques, a study is made of the different spatial relationships that are generated when a robot interacts with a person or groups of people. Finally, a novel approach to represent the spatial relationships of HRI in a qualitative way is introduced for future experiences. In this concluding study, we analyze different spatial arrangements generated in a social scenario with a robot within the guide role. As a main conclusion, it can be stated that people follow social norms, in the form of spatial relationships, when interacting with a robot that provide a social service in a public space. Children, however, recurrently challenge these social norms, probably because they are constantly learning about the norms that regulate our coexistence. Spatial relationships are clearly reinforced when the role assigned to the robot is more explicit and understood by people. Spatial relationships can be affected by the characteristics of the environment, either by the available space or by the elements arranged in it, as well as by the number of people who inhabit it. Overall, this dissertation points out that the provided service, and its understanding from the user’s side, is more important that the robotic skills of the robotic platform in order to improve user experiences in public environments.Los robots se abren paso en entornos habitados por personas. Ya sea en entornos domésticos o públicos, los robots deben tener en cuenta ciertas normas y comportamientos sociales para convertirse en un robot social. Esta disertación se centra en el problema de cómo desarrollar una plataforma robótica para validar experiencias de interacción humano-robot en entornos realistas. Más específicamente, nos preocupamos por las interacciones sociales en grupos humano-robot en escenarios públicos, donde una gran variedad de personas puede converger. Nuestro objetivo final es el desarrollo de un robot social basado en ciertas teorías de comportamiento grupal y el uso del espacio, conocidas como relaciones espaciales. Los objetivos intermedios están relacionados con el diseño y desarrollo de las experiencias `en la naturaleza': cambios mínimos como sea posible en el escenario, definición de tareas sociales, desarrollo gradual de una plataforma robótica lo más transparente posible desde el lado robótico. Inicialmente, esta investigación presenta varios estudios preliminares de interacción humano-robot (HRI) con el robot REEM de PAL Robotics en el Museo de Ciencias CosmoCaixa de Barcelona. Basado en ciertas teorías sobre el uso del espacio como una forma de comunicación o interacción social, la tarea en este estudio con el robot comercial es como guía de museo, tanto cuando el grupo estaba en movimiento (es decir, cuando estaba siendo guiado) como cuando el grupo estaba en un lugar estático. Además, se llevó a cabo un segundo estudio de HRI con un robot REEM que realizaba la tarea de un asistente de profesor para analizar la percepción de la presencia e identidad social del robot. Asimismo, se presenta el desarrollo de una plataforma robótica, conocida como MASHI, para el estudio de la HRI. En función del servicio que debe completar el robot, las mejoras en la plataforma robótica experimental (estructura, morfología, cabeza, cara, brazos) se llevaron a cabo en ciclos continuos siguiendo el desarrollo de las experiencias de HRI. Esta estructura debe mantenerse lo más simple posible para que sea 'transparente' en el estudio de HRI social. A continuación, se presenta el estudio de campo de la interacción social humano-robot con el robot MASHI con el papel de guía de exposición en un centro cultural. Con base en técnicas de observación directa, se realiza un estudio de las diferentes relaciones espaciales que se generan cuando un robot interactúa con una persona o grupos de personas. Finalmente, se introduce un enfoque novedoso para representar las relaciones espaciales de la HRI de forma cualitativa para las experiencias futuras. En este estudio final, analizamos diferentes arreglos espaciales generados en un escenario social con un robot con el rol de guía. Como conclusión principal, se puede afirmar que las personas siguen normas sociales, en forma de relaciones espaciales, cuando interactúan con un robot que brinda un servicio social en un espacio público. Los niños, sin embargo, desafían recurrentemente estas normas sociales, probablemente porque están aprendiendo constantemente sobre las normas que regulan nuestra convivencia. Las relaciones espaciales se refuerzan claramente cuando el rol asignado al robot es más explícito y entendido por las personas. Las relaciones espaciales pueden verse afectadas por las características del entorno, ya sea por el espacio disponible o por los elementos dispuestos en él, así como por el número de personas que lo habitan. En general, esta disertación señala que el servicio prestado, y su comprensión del lado del usuario, es más importante que las habilidades robóticas de la plataforma robótica con el fin de mejorar las experiencias del usuario en entornos públicosPostprint (published version

Towards a framework for socially interactive robots

250 p.En las últimas décadas, la investigación en el campo de la robótica social ha crecido considerablemente. El desarrollo de diferentes tipos de robots y sus roles dentro de la sociedad se están expandiendo poco a poco. Los robots dotados de habilidades sociales pretenden ser utilizados para diferentes aplicaciones; por ejemplo, como profesores interactivos y asistentes educativos, para apoyar el manejo de la diabetes en niños, para ayudar a personas mayores con necesidades especiales, como actores interactivos en el teatro o incluso como asistentes en hoteles y centros comerciales.El equipo de investigación RSAIT ha estado trabajando en varias áreas de la robótica, en particular,en arquitecturas de control, exploración y navegación de robots, aprendizaje automático y visión por computador. El trabajo presentado en este trabajo de investigación tiene como objetivo añadir una nueva capa al desarrollo anterior, la capa de interacción humano-robot que se centra en las capacidades sociales que un robot debe mostrar al interactuar con personas, como expresar y percibir emociones, mostrar un alto nivel de diálogo, aprender modelos de otros agentes, establecer y mantener relaciones sociales, usar medios naturales de comunicación (mirada, gestos, etc.),mostrar personalidad y carácter distintivos y aprender competencias sociales.En esta tesis doctoral, tratamos de aportar nuestro grano de arena a las preguntas básicas que surgen cuando pensamos en robots sociales: (1) ¿Cómo nos comunicamos (u operamos) los humanos con los robots sociales?; y (2) ¿Cómo actúan los robots sociales con nosotros? En esa línea, el trabajo se ha desarrollado en dos fases: en la primera, nos hemos centrado en explorar desde un punto de vista práctico varias formas que los humanos utilizan para comunicarse con los robots de una maneranatural. En la segunda además, hemos investigado cómo los robots sociales deben actuar con el usuario.Con respecto a la primera fase, hemos desarrollado tres interfaces de usuario naturales que pretenden hacer que la interacción con los robots sociales sea más natural. Para probar tales interfaces se han desarrollado dos aplicaciones de diferente uso: robots guía y un sistema de controlde robot humanoides con fines de entretenimiento. Trabajar en esas aplicaciones nos ha permitido dotar a nuestros robots con algunas habilidades básicas, como la navegación, la comunicación entre robots y el reconocimiento de voz y las capacidades de comprensión.Por otro lado, en la segunda fase nos hemos centrado en la identificación y el desarrollo de los módulos básicos de comportamiento que este tipo de robots necesitan para ser socialmente creíbles y confiables mientras actúan como agentes sociales. Se ha desarrollado una arquitectura(framework) para robots socialmente interactivos que permite a los robots expresar diferentes tipos de emociones y mostrar un lenguaje corporal natural similar al humano según la tarea a realizar y lascondiciones ambientales.La validación de los diferentes estados de desarrollo de nuestros robots sociales se ha realizado mediante representaciones públicas. La exposición de nuestros robots al público en esas actuaciones se ha convertido en una herramienta esencial para medir cualitativamente la aceptación social de los prototipos que estamos desarrollando. De la misma manera que los robots necesitan un cuerpo físico para interactuar con el entorno y convertirse en inteligentes, los robots sociales necesitan participar socialmente en tareas reales para las que han sido desarrollados, para así poder mejorar su sociabilida

What do Collaborations with the Arts Have to Say About Human-Robot Interaction?

This is a collection of papers presented at the workshop What Do Collaborations with the Arts Have to Say About HRI , held at the 2010 Human-Robot Interaction Conference, in Osaka, Japan

Evaluating Group-Robot Interaction in Crowded Public Spaces: A Week-Long Exploratory Study in the Wild with a Humanoid Robot Guiding Visitors Through a Science Museum

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Lindsey the Tour Guide Robot: Adaptive Long-Term Autonomy in Social Environments

This project proposes a framework for online adaptation of robot behaviours deployed autonomously in social settings with the goal of increasing the overall users' engagement during the interactions. One of the most critical aspects to address for robots deployed in ``the real world'' is the necessity of interacting with people, whether intentionally or not. Interacting with people requires a wide range of capabilities, from perceiving the different people's intentions and emotional states to generating appropriate behaviours for the specific context of the interaction. Moreover, it requires that robots learn and adapt from experience while interacting with their users. In this project, a mobile robot is embedded in a long-term study in a public museum. The robot has been deployed for more than a year, to date, as an autonomous tour guide to the museum's visitors, with its tasks being guiding people to the position of various exhibits and giving a description of each item. The long-term scenario allows studying how people interact with a robot in an unconstrained setting and give the opportunity of improving the current state-of-the-art robotics autonomy in a social setting. The initial data collection shows that users' engagement during the robotised tours steeply declines after the initial moments of the interaction. The first main contribution of this project is to investigate whether it is possible to automatically assess the users' engagement from the robot point-of-view during the interactions. A dataset of robot ego-centric videos was collected and manually annotated by independent coders with continuous engagement values. From it, an end-to-end regression model was trained to predict engagement from the robot point of view from a single camera. Experimental evaluation shows that the model accurately estimates the engagement level of people during an interaction, even in diverse environments and with different robots. Once the robot can detect the engagement state of users during the interactions, it can potentially plan tangential behaviours to influence the users' attentional state itself. The second contribution of this work is devising an online reinforcement learning algorithm that allows the robot to adapt its behaviour online from the feedback obtained during the interactions. The feedback is obtained from users' engagement values estimated from the robot head camera. In the experimental evaluation, the robot delivers the usual tours to the users with the difference that the choice of some actions is left to the adaptive learning algorithm. Results show that after a few months of exploration, the robot successfully learns a policy that leads people to stay in the interaction for longer

Guest Orientation, Assistance, and Telepresence Robot

The project was focused on a mobile research platform for autonomous navigation components and sensors vital to its autonomous interaction with its environment. The goal of this project was to create such a mobile robotic platform, which would in turn be capable of acting as a fully autonomous tour guide for the WPI campus. The project combined the robust capabilities of a Segway. Robotic Mobility Platform with the cutting edge adaptability of the Robot Operating System software framework. The robot will work in conjunction with school staff to provide video tour information as part of an enhanced tour experience. The project is a highly visible representation of WPI\u27s unique MQP program and its ability to prepare engineers capable of solving real world problems

Guest Orientation, Assistance, and Telepresence Robot

The project was focused on a mobile research platform for autonomous navigation components and sensors vital to its autonomous interaction with its environment. The goal of this project was to create such a mobile robotic platform, which would in turn be capable of acting as a fully autonomous tour guide for the WPI campus. The project combined the robust capabilities of a Segway Robotic Mobility Platform with the cutting edge adaptability of the Robot Operating System software framework. The robot will work in conjunction with school staff to provide video tour information as part of an enhanced tour experience. The project is a highly visible representation of WPI\u27s unique MQP program and its ability to prepare engineers capable of solving real world problems