إشارات LED والعروض العاطفية في مساحات العمل المشتركة بين الإنسان والروبوت

جدول المحتويات

• 1. المقدمة
• 2. المنهجية
  • 2.1 الإعداد التجريبي
  • 2.2 الحالات المختبرة
• 3. التنفيذ التقني
  • 3.1 نظام إشارات LED
  • 3.2 خوارزمية العرض العاطفي
• 4. النتائج والتحليل
  • 4.1 مقاييس الأداء
  • 4.2 تصور المستخدم
• 5. تنفيذ الكود
• 6. التطبيقات المستقبلية
• 7. المراجع

1. المقدمة

يتطلب التعاون بين الإنسان والروبوت في مساحات العمل المشتركة اتصالاً فعالاً لضمان السلامة والكفاءة. يبحث هذا البحث في كيفية تحسين التواصل غير اللفظي من خلال إشارات LED والعروض العاطفية للتفاعل بين الإنسان والروبوت. تتناول الدراسة التحدي الحاسم المتمثل في منع التصادم مع الحفاظ على كفاءة سير العمل في البيئات الصناعية حيث قد يكون التواصل السمعي غير موثوق بسبب ضوضاء الخلفية.

2. المنهجية

اشتملت التجربة على 18 مشاركاً تعاونوا مع روبوت Franka Emika Panda مجهز بشريط LED على نهايته المؤثرة وعرض وجه متحرك على لوحي. قيمت الدراسة ثلاث حالات اتصال لتقييم تأثيرها على توقع التصادم وأداء المهمة.

2.1 الإعداد التجريبي

تم تكوين النظام الآلي بإشارات LED مرمزة بالألوان تمثل نوايا حركة مختلفة: الأخضر للحركة الآمنة، والأصفر للحذر، والأحمر لخطر التصادم الوشيك. استخدم نظام العرض العاطفي لوحياً لعرض تعابير الوجه المقابلة لنية الروبوت في تجنب التصادم.

2.2 الحالات المختبرة

• الحالة أ: إشارات LED فقط
• الحالة ب: إشارات LED مع عروض عاطفية تفاعلية
• الحالة ج: إشارات LED مع عروض عاطفية استباقية

3. التنفيذ التقني

3.1 نظام إشارات LED

استخدم نظام تحكم LED نهجاً قائماً على الاحتمالية لتحديد خطر التصادم. قام النظام بحساب المسافة بين النهاية المؤثرة للروبوت والمشغل البشري باستخدام:

$P(collision) = \frac{1}{1 + e^{-k(d - d_0)}}$

حيث $d$ هي المسافة الحالية، و$d_0$ هي عتبة الأمان، و$k$ هي معلمة الحساسية.

3.2 خوارزمية العرض العاطفي

نفذ نظام العرض العاطفي آلة حالات محدودة بثلاث حالات عاطفية أساسية: محايد، قلق، ومنتبه. تم تحريك الانتقالات بين الحالات بواسطة عتبات القرب وسرعة الحركة.

4. النتائج والتحليل

4.1 مقاييس الأداء

4.2 تصور المستخدم

أظهرت نتائج الاستبيان أن العروض العاطفية زادت بشكل كبير من التفاعلية المُدركة (p < 0.05) لكنها لم تحسن وضوح التواصل أو كفاءة المهمة مقارنة بإشارات LED وحدها.

5. تنفيذ الكود

class EmotionalDisplayController:
    def __init__(self):
        self.states = ['neutral', 'concerned', 'alert']
        self.current_state = 'neutral'
    
    def update_emotion(self, distance, velocity):
        risk_score = self.calculate_risk(distance, velocity)
        
        if risk_score < 0.3:
            self.current_state = 'neutral'
        elif risk_score < 0.7:
            self.current_state = 'concerned'
        else:
            self.current_state = 'alert'
        
        return self.get_emotional_display()
    
    def calculate_risk(self, d, v):
        # حساب المخاطرة الطبيعي
        distance_risk = max(0, 1 - d / SAFETY_DISTANCE)
        velocity_risk = min(1, v / MAX_VELOCITY)
        return 0.6 * distance_risk + 0.4 * velocity_risk

6. التطبيقات المستقبلية

لنتائج البحث آثار كبيرة على الروبوتات الصناعية، والروبوتات الصحية، وروبوتات الخدمة. يجب أن تركز الأعمال المستقبلية على العروض العاطفية التكيفية التي تتعلم من استجابات المستخدم الفردية والاختلافات الثقافية في تفسير العواطف.

7. المراجع

1. Ibrahim, M., et al. "Investigating the Effect of LED Signals and Emotional Displays in Human-Robot Shared Workspaces." arXiv:2509.14748 (2025).
2. Breazeal, C. "Designing Sociable Robots." MIT Press (2002).
3. Bartneck, C., et al. "The CAROQ head: A head-shaped interface for emotional communication." Robotics and Autonomous Systems (2020).
4. Goodfellow, I., et al. "Generative Adversarial Networks." Advances in Neural Information Processing Systems (2014).

التحليل الخبير