Zooids: blocco di costruzione per l’interfaccia utente sciame

  1. Inria, 2. Università di Stanford, 3. Université Paris-Sud, 4. Université Paris-Saclay

Questo libro introduce sciame di interfacce utente, una nuova classe di interfacce uomo-computer composto da molti robot autonomi che gestiscono sia per la visualizzazione e l’interazione. Descriviamo il design di Zooids, una piattaforma open-source open-hardware per lo sviluppo di interfacce sciame da tavolo. La piattaforma è composta da una collezione di micro robot gommati progettati su misura ogni 2,6 cm di diametro, una stazione base radio, un proiettore di luce strutturata DLP ad alta velocità per il tracciamento ottico e un framework software per lo sviluppo e il controllo delle applicazioni. Illustriamo il potenziale delle interfacce utente tabletop swarm attraverso una serie di scenari applicativi sviluppati con Zooids e discutiamo considerazioni generali di progettazione uniche per le interfacce utente swarm.

Hardware

Zoidi sono piccole custom-made robot come sopra indicato; le loro dimensioni sono 26 mm, un diametro di 21 mm di altezza e un peso di circa 12 g. Ogni robot è alimentato da 100 mAh batteria LiPo e utilizza il motore ruote motrici. Contiene un elctrode flessibile per il rilevamento tattile capacitivo. Comunica con il computer principale attraverso un chip NRF24L01+.

Tracking

Il nostro sistema utilizza un sistema di tracciamento basato su proiettore per il monitoraggio della posizione del robot come shwon di seguito. Utilizzando un frame rate elevato (3000Hz) proiettore (DLP LightCrafter) da Texas Instruments Inc., uno swequence di modelli grigio-codificati sono proiettati su una superficie piana. Quindi, i fotodiodi sul robot decodificano in modo indipendente in una posizione all’interno dell’area proiettata. Le istruzioni per l’impostazione di questo sistema di tracciamento basato sul proiettore sono incluse nel repository.

Software

La struttura di comunicazione si compone di quattro livelli, dal più alto al più basso livello: Applicazione, la Simulazione, il Server e Hardware.

A livello di applicazione, vengono calcolate le posizioni desiderate dei robot. Queste posizioni desiderate vengono trasmesse al livello di simulazione attraverso un socket di rete. Il programmatore dell’applicazione può scegliere tra due strategie di controllo: Controllo di posizione proporzionale-Integrale-derivato (PID) o ostacoli di velocità reciproci ibridi (HRVO) combinati con PID (queste opzioni sono spiegate nei paragrafi successivi). In base alla strategia di controllo scelta, il livello di simulazione calcola le posizioni obiettivo dei robot, le posizioni finali per i punti PID o intermedi per HRVO, e le invia al server. Infine, il livello server invia comandi ai singoli zooidi, monitorandone allo stesso tempo lo stato e la posizione.

Ogni robot controlla in modo indipendente il suo movimento attraverso un controller PID basato sulla macchina a stati mostrata di seguito. Dato un obiettivo finale, il robot si gira inizialmente nella giusta direzione e, una volta allineato, accelera alla sua velocità preferita definita dall’utente. Quando raggiunge la velocità, la mantiene con un controllo PID sull’orientamento per garantire la sua direzione verso l’obiettivo finale. Quando viene dato un nuovo obiettivo incrementale, si muoverà comunque alla stessa velocità, ma il controllo PID sull’orientamento dirigerà il robot verso il nuovo obiettivo intermedio. Quando il robot arriva entro 5 cm dall’obiettivo finale, rallenta alla sua velocità minima e una volta entro 1 cm dall’obiettivo finale, si ferma e si orienta come comandato dal programmatore dell’applicazione. Per consentire transizioni fluide tra le posizioni degli obiettivi incrementali, ai robot viene assegnata la posizione successiva a 60 Hz.

Riconoscimenti

Questo è un lavoro congiunto tra il Shape Lab della Stanford University (USA) e il Team Aviz presso Inria (Francia).È stato parzialmente finanziato dalla Régionle de France, DIM DIM-PIF. Vorremmo anche ringraziare Alexa Siu, Shenli Yuan, Ernesto Ramirez e Pham Minh Hieu per aver investito così tanto tempo e sforzi nel rendere possibile questo lavoro.

Papers

  • Zooidi: elementi costitutivi per interfacce utente sciame
    Mathieu Le Goc, Lawrence H. Kim, Ali Parsaei, Jean-Daniel Fekete, Pierre Dragicevic,Sean Follmer
    UIST ’16 Proceedings of the 29th Annual Symposium on User Interface Software and Technology, 2016

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