Zooids: byggsten för Swarm användargränssnitt

  1. Inria, 2. Stanford University, 3. Universitet I Paris-Sud, 4. Universitetubbi Paris-Saclay

denna uppsats introducerar swarm användargränssnitt, en ny klass av människa-datorgränssnitt som består av av många autonoma robotar som hanterar både display och interaktion. Vi beskriver utformningen av Zooids, en öppen källkod öppen hårdvaruplattform för att utveckla bords svärm gränssnitt. Plattformen består av en samling specialdesignade mikrorobotar med hjul vardera 2,6 cm i diameter, en radiobasstation, en höghastighets DLP-strukturerad ljusprojektor för optisk spårning och en mjukvaruram för applikationsutveckling och kontroll. Vi illustrerar potentialen hos tabletop swarm användargränssnitt genom en uppsättning applikationsscenarier utvecklade med Zooids och diskuterar allmänna designhänsyn som är unika för swarm användargränssnitt.

hårdvara

Zooids är små skräddarsydda robotar som visas ovan; deras dimensioner är 26 mm i diameter, 21 mm i höjd och de väger cirka 12 g. varje robot drivs av ett 100 mAh lipo-batteri och använder motordrivna hjul. Den innehåller en flexibel elctrode för kapacitiv beröringsavkänning. Den kommunicerar med huvuddatorn via ett NRF24L01+ – chip.

spårning

vårt system använder ett projektorbaserat spårningssystem för robotpositionsspårning som shwon nedan. Använda en hög bildhastighet (3000hz) projektor (DLP LightCrafter) från Texas Instruments Inc., en swequence av gråkodade mönster projiceras på en plan yta. Därefter avkodas fotodioderna på roboten oberoende till en plats inom det projicerade området. Instruktionen för att ställa in detta projektorbaserade spårningssystem ingår i förvaret.

programvara

kommunikationsstrukturen består av fyra huvudlager från Högsta till lägsta nivå: applikation, simulering, Server och hårdvara.

på applikationsnivå beräknas de önskade positionerna för robotarna. Dessa önskade positioner överförs till simuleringsskiktet via ett nätverksuttag. Applikationsprogrammeraren kan välja mellan två kontrollstrategier: Proportionell-Integralderivat (PID) positionskontroll eller Hybrid ömsesidiga Hastighetshinder (HRVO) kombinerat med PID (dessa alternativ förklaras i nästa stycken). Baserat på den valda kontrollstrategin beräknar simuleringsskiktet robotarnas målpositioner, antingen slutliga positioner för PID eller mellanliggande punkter för HRVO, och skickar dem till servern. Slutligen skickar serverskiktet kommandon till de enskilda zooiderna, samtidigt som de övervakar deras status och position.

varje robot styr självständigt sin rörelse genom en PID-styrenhet baserat på tillståndsmaskinen som visas nedan. Med tanke på ett slutmål vänder roboten sig initialt i rätt riktning och accelererar, när den är inriktad, till sin användardefinierade föredragna hastighet. När den når hastigheten upprätthåller den den med en PID-kontroll på orienteringen för att säkerställa dess riktning mot slutmålet. När ett nytt inkrementellt mål ges kommer det fortfarande att röra sig i samma hastighet men PID-kontrollen vid orientering kommer att rikta roboten mot det nya mellanmålet. När roboten anländer inom 5 cm från det slutliga målet, saktar den ner till sin minsta hastighet och en gång inom 1 cm från det slutliga målet stannar den och orienterar sig enligt befäl av applikationsprogrammeraren. För att möjliggöra smidiga övergångar mellan de inkrementella målpositionerna får robotar sin nästa position vid 60 Hz.

bekräftelser

detta är ett gemensamt arbete mellan Shape Lab vid Stanford University (USA) och Aviz team på INRIA (Frankrike).Det finansierades delvis av R. O. R. O. I. Ile de France, DIM ISC-PIF. Vi vill också tacka Alexa Siu, Shenli Yuan, Ernesto Ramirez och Pham Minh Hieu för att investera så mycket tid och ansträngningar för att göra detta arbete möjligt.

papper

  • Zooids: byggstenar för svärm användargränssnitt
    Mathieu le GOC, Lawrence H. Kim, Ali Parsaei, Jean-Daniel Fekete, Pierre Dragicevic, Sean Follmer
    UIST ’ 16 förfaranden av den 29: e årliga Symposium om användargränssnitt programvara och teknik, 2016

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.