سیگنال‌های LED و نمایش‌های عاطفی در محیط‌های کاری مشترک انسان و ربات

فهرست مطالب

• 1. مقدمه
• 2. روش‌شناسی
  • 2.1 تنظیمات آزمایشی
  • 2.2 شرایط آزمایش شده
• 3. پیاده‌سازی فنی
  • 3.1 سیستم سیگنال LED
  • 3.2 الگوریتم نمایش عاطفی
• 4. نتایج و تحلیل
  • 4.1 معیارهای عملکرد
  • 4.2 درک کاربر
• 5. پیاده‌سازی کد
• 6. کاربردهای آینده
• 7. مراجع

1. مقدمه

همکاری انسان و ربات در محیط‌های کاری مشترک نیازمند ارتباط مؤثر برای تضمین ایمنی و کارایی است. این پژوهش بررسی می‌کند که چگونه ارتباط غیرکلامی از طریق سیگنال‌های LED و نمایش‌های عاطفی می‌تواند تعامل انسان و ربات را بهبود بخشد. این مطالعه به چالش حیاتی پیشگیری از برخورد در عین حفظ کارایی جریان کار در محیط‌های صنعتی می‌پردازد، جایی که ارتباط شنیداری ممکن است به دلیل نویز زمینه قابل اعتماد نباشد.

2. روش‌شناسی

این آزمایش شامل 18 شرکت‌کننده بود که با یک ربات Franka Emika Panda مجهز به نوار LED روی اند افکتور و یک نمایشگر صورت متحرک روی تبلت همکاری کردند. این مطالعه سه شرایط ارتباطی را برای ارزیابی تأثیر آن‌ها بر پیش‌بینی برخورد و عملکرد وظیفه‌ای مورد بررسی قرار داد.

2.1 تنظیمات آزمایشی

سیستم رباتیک با سیگنال‌های LED کدگذاری شده رنگی که نمایانگر مقاصد حرکتی مختلف بودند پیکربندی شد: سبز برای حرکت ایمن، زرد برای احتیاط و قرمز برای خطر قریب‌الوقوع برخورد. سیستم نمایش عاطفی از یک تبلت برای نشان دادن حالات چهره متناسب با قصد اجتناب از برخورد ربات استفاده کرد.

2.2 شرایط آزمایش شده

• شرایط A: تنها سیگنال‌های LED
• شرایط B: سیگنال‌های LED همراه با نمایش‌های عاطفی واکنشی
• شرایط C: سیگنال‌های LED همراه با نمایش‌های عاطفی پیشگیرانه

3. پیاده‌سازی فنی

3.1 سیستم سیگنال LED

سیستم کنترل LED از یک رویکرد مبتنی بر احتمال برای تعیین خطر برخورد استفاده کرد. این سیستم فاصله بین اند افکتور ربات و اپراتور انسانی را با استفاده از رابطه زیر محاسبه کرد:

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

که در آن $d$ فاصله فعلی، $d_0$ آستانه ایمنی و $k$ پارامتر حساسیت است.

3.2 الگوریتم نمایش عاطفی

سیستم نمایش عاطفی یک ماشین حالت محدود با سه حالت عاطفی اولیه پیاده‌سازی کرد: خنثی، نگران و هشدار. انتقال بین حالت‌ها توسط آستانه‌های مجاورت و سرعت حرکت فعال می‌شد.

4. نتایج و تحلیل

4.1 معیارهای عملکرد

4.2 درک کاربر

نتایج پرسش‌نامه نشان داد که نمایش‌های عاطفی به طور قابل توجهی تعامل درک شده را افزایش دادند (p < 0.05) اما در مقایسه با سیگنال‌های LED به تنهایی، وضوح ارتباط یا کارایی وظیفه را بهبود نبخشیدند.

5. پیاده‌سازی کد

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):
        # محاسبه نرمال‌شده خطر
        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. کاربردهای آینده

یافته‌های این پژوهش پیامدهای مهمی برای رباتیک صنعتی، رباتیک سلامت و رباتیک خدمات دارد. کار آینده باید بر روی نمایش‌های عاطفی سازگار متمرکز شود که از پاسخ‌های کاربران فردی و تفاوت‌های فرهنگی در تفسیر عاطفی یاد می‌گیرند.

7. مراجع

1. Ibrahim, M., et al. "بررسی تأثیر سیگنال‌های LED و نمایش‌های عاطفی در محیط‌های کاری مشترک انسان و ربات." arXiv:2509.14748 (2025).
2. Breazeal, C. "طراحی ربات‌های اجتماعی." انتشارات MIT (2002).
3. Bartneck, C., et al. "سر CAROQ: یک رابط سر-شکل برای ارتباط عاطفی." رباتیک و سیستم‌های خودمختار (2020).
4. Goodfellow, I., et al. "شبکه‌های متخاصم مولد." پیشرفت در سیستم‌های پردازش اطلاعات عصبی (2014).

تحلیل تخصصی