Zooids: Building Block for Swarm User Interface

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

Este documento apresenta o enxame de interfaces de usuário, uma nova classe de interfaces humano-computador composto de muitos robôs autônomos que lidar tanto com visualização e interação. Nós descrevemos o design de Zooids, uma plataforma open-source open-hardware para o desenvolvimento de interfaces tabletop swarm. A plataforma consiste de uma coleção de micro robôs com rodas projetadas por medida cada 2,6 cm de diâmetro, uma estação de rádio base, um projetor de luz estruturado DLP de alta velocidade para rastreamento óptico, e um framework de software para o desenvolvimento e controle de aplicações. Nós ilustramos o potencial das interfaces de usuário do tabletop swarm através de um conjunto de cenários de Aplicação desenvolvidos com Zooids, e discutimos considerações gerais de design exclusivo para interfaces de usuário swarm.

Hardware

Zooids são pequenos feitos robôs como mostrado acima; as suas dimensões são 26 mm de diâmetro, 21 mm de altura e eles o peso de cerca de 12 g. Cada robô é alimentado por uma 100 mAh bateria de LiPo, e usa o motor rodas motrizes. Contém um elctrode flexível para detecção de toque capacitivo. Ele se comunica com o computador principal através de um chip NRF24L01+.

rastreamento

nosso sistema usa um sistema de rastreamento baseado em projetor para rastreamento de posição de robô como shwon abaixo. Using a high frame rate (3000Hz) projector (DLP LightCrafter) from Texas Instruments Inc., uma suequência de padrões cinza-codificados são projetados em uma superfície plana. Em seguida, os fotodíodos no robô decodificam independentemente para um local dentro da área projetada. A instrução para configurar este sistema de rastreamento baseado em projetor está incluída no repositório.

Software

A estrutura de comunicação consiste em quatro camadas, da mais alta para a mais baixa: nível de Aplicação, de Simulação, de Servidor e de Hardware.

no nível de aplicação, as posições desejadas dos robôs são computadas. Estas posições desejadas são transmitidas para a camada de simulação através de um socket de rede. O programador de aplicação pode escolher entre duas estratégias de controlo: Controlo de posição proporcional-derivado Integral (PID) ou obstáculos híbridos à velocidade recíproca (HRVO) combinados com PID (estas opções são explicadas nos parágrafos seguintes). Com base na estratégia de controle escolhida, a camada de simulação calcula as posições de objetivo dos robôs, tanto as posições finais para PID ou pontos intermediários para HRVO, e envia-os para o servidor. Finalmente, a camada servidor envia comandos para os zooides individuais, enquanto ao mesmo tempo monitora seu estado e posição.

cada robô controla independentemente o seu movimento através de um controlador PID baseado na máquina de Estado mostrada abaixo. Dado um objetivo final, o robô inicialmente se vira na direção certa e, uma vez alinhado, acelera para a sua velocidade preferida definida pelo Usuário. Quando atinge a velocidade, mantém-na com um controlo PID sobre a orientação para garantir a sua direcção em direcção ao objectivo final. Quando um novo objetivo incremental é dado, ele ainda vai se mover na mesma velocidade, mas o controle PID sobre a orientação irá direcionar o robô para o novo objetivo intermediário. Quando o robô chega a 5 cm do objetivo final, ele abranda até sua velocidade mínima e uma vez a menos de 1 cm do objetivo final, ele pára e orienta-se como comandado pelo programador de Aplicação. Para permitir transições suaves entre as posições de golo incrementais, os robots recebem a sua próxima posição a 60 Hz.

Agradecimentos

Este é um trabalho conjunto entre a Forma de Laboratório na Universidade de Stanford (EUA), e o Aviz equipe do Inria (França).Foi parcialmente financiada pela Région Ile De France, DIM ISC-PIF. Gostaríamos também de agradecer a Alexa Siu, Shenli Yuan, Ernesto Ramirez e Pham Minh Hieu por investirem tanto tempo e esforços para tornar este trabalho possível.

Artigos

  • Zooids: Blocos de Construção para o Enxame de Interfaces de Usuário
    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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