dyreparker: byggesten til sværm brugergrænseflade

  1. Inria, 2. Stanford University, 3. Universitetet I Paris-Sud, 4. Universit Christ Paris-Saclay

dette papir introducerer sværm brugergrænseflader, en ny klasse af menneske-computer grænseflader bestående af mange autonome robotter, der håndterer både display og interaktion. Vi beskriver designet af dyreparker, en open source-platform med åbent udstyr til udvikling af bordpladesværmgrænseflader. Platformen består af en samling specialdesignede mikrorobotter på hjul, der hver er 2,6 cm i diameter, en radiobasestation, en højhastigheds-DLP-struktureret lysprojektor til optisk sporing og en programaramme til applikationsudvikling og kontrol. Vi illustrerer potentialet i Tabletop sværm brugergrænseflader gennem et sæt applikationsscenarier udviklet med dyreparker, og diskutere generelle designovervejelser, der er unikke for sværm brugergrænseflader.

udstyr

dyreparker er små specialfremstillede robotter som vist ovenfor; deres dimensioner er 26 mm i diameter, 21 mm i højden, og de vejer omkring 12 g. hver robot drives af et 100 mAh LiPo-batteri og bruger motordrevne hjul. Den indeholder en fleksibel elctrode til kapacitiv berøringsføling. Den kommunikerer med hovedcomputeren via en NRF24L01+ chip.

sporing

vores system bruger et projektorbaseret sporingssystem til sporing af robotposition som vist nedenfor. Ved hjælp af en høj frame rate (3000h) projektor (DLP LightCrafter)., projiceres en sved af gråkodede mønstre på en plan overflade. Derefter afkoder fotodioderne på robotten uafhængigt til et sted inden for det projicerede område. Vejledningen til opsætning af dette projektorbaserede sporingssystem er inkluderet i depotet.

kommunikationsstrukturen består af fire hovedlag fra højeste til laveste niveau: applikation, Simulering, Server og isenkram.

på applikationsniveau beregnes de ønskede positioner af robotterne. Disse ønskede positioner overføres til simuleringslaget gennem en netværksstik. Programprogrammøren kan vælge mellem to kontrolstrategier: Proportional-Integral-derivat (PID) positionskontrol eller Hybrid gensidige Hastighedshindringer (HRVO) kombineret med PID (disse muligheder er forklaret i de næste afsnit). Baseret på den valgte kontrolstrategi beregner simuleringslaget robotternes målpositioner, enten endelige positioner for PID eller mellemliggende punkter for HRVO, og sender dem til serveren. Endelig sender serverlaget kommandoer til de enkelte dyreparker, samtidig med at de overvåger deres status og position.

hver robot styrer uafhængigt sin bevægelse gennem en PID-controller baseret på tilstandsmaskinen vist nedenfor. I betragtning af et endeligt mål drejer robotten sig oprindeligt i den rigtige retning og accelererer, når den er justeret, til sin brugerdefinerede foretrukne hastighed. Når den når hastigheden, opretholder den den med en PID-kontrol på orienteringen for at sikre dens retning mod det endelige mål. Når der gives et nyt trinvist mål, vil det stadig bevæge sig med samme hastighed, men PID-kontrollen ved orientering vil lede roboten mod det nye mellemliggende mål. Når robotten ankommer inden for 5 cm fra det endelige mål, sænkes den til sin minimale hastighed, og en gang inden for 1 cm fra det endelige mål stopper den og orienterer sig som befalet af applikationsprogrammøren. For at muliggøre glatte overgange mellem de trinvise målpositioner får robotter deres næste position på 60 timer.

anerkendelser

Dette er et fælles arbejde mellem Formlaboratoriet ved Stanford University (USA team hos INRIA (Frankrig).Det blev delvist finansieret af R. R. Ile de France, DIM ISC-PIF. Vi vil også gerne takke Aleksandr Siu, Shenli Yuan, Ernesto Ramires og Pham Minh Hieu for at investere så meget tid og indsats i at gøre dette arbejde muligt.

Papers

  • dyreparker: byggesten til sværm brugergrænseflader r Mathieu le GOC, Laurence H. Kim, Ali Parsaei, Jean-Daniel Fekete, Pierre Dragicevic, Sean Follmer
    Uist ‘ 16 Proceedings of the 29th Annual Symposium on User Interface Programme and Technology, 2016

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.