Segnali LED e Display Emotivi negli Spazi di Lavoro Condivisi Uomo-Robot

Indice

• 1. Introduzione
• 2. Metodologia
  • 2.1 Configurazione Sperimentale
  • 2.2 Condizioni Testate
• 3. Implementazione Tecnica
  • 3.1 Sistema di Segnalazione LED
  • 3.2 Algoritmo di Display Emotivo
• 4. Risultati e Analisi
  • 4.1 Metriche di Prestazione
  • 4.2 Percezione dell'Utente
• 5. Implementazione del Codice
• 6. Applicazioni Future
• 7. Riferimenti

1. Introduzione

La collaborazione uomo-robot negli spazi di lavoro condivisi richiede una comunicazione efficace per garantire sia la sicurezza che l'efficienza. Questa ricerca indaga come la comunicazione non verbale attraverso segnali LED e display emotivi possa migliorare l'interazione uomo-robot. Lo studio affronta la sfida critica di prevenire collisioni mantenendo l'efficienza del flusso di lavoro in ambienti industriali dove la comunicazione uditiva potrebbe essere inaffidabile a causa del rumore di fondo.

2. Metodologia

L'esperimento ha coinvolto 18 partecipanti che hanno collaborato con un robot Franka Emika Panda equipaggiato con una striscia LED sull'end effector e un display facciale animato su un tablet. Lo studio ha valutato tre condizioni di comunicazione per valutarne l'impatto sull'anticipazione delle collisioni e sulle prestazioni del compito.

2.1 Configurazione Sperimentale

Il sistema robotico è stato configurato con segnali LED codificati a colori che rappresentano diverse intenzioni di movimento: verde per movimento sicuro, giallo per cautela e rosso per rischio di collisione imminente. Il sistema di display emotivo utilizzava un tablet per mostrare espressioni facciali corrispondenti all'intento di evitamento collisioni del robot.

2.2 Condizioni Testate

• Condizione A: Solo segnali LED
• Condizione B: Segnali LED con display emotivi reattivi
• Condizione C: Segnali LED con display emotivi preventivi

3. Implementazione Tecnica

3.1 Sistema di Segnalazione LED

Il sistema di controllo LED utilizzava un approccio basato su probabilità per determinare il rischio di collisione. Il sistema calcolava la distanza tra l'end effector del robot e l'operatore umano utilizzando:

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

dove $d$ è la distanza corrente, $d_0$ è la soglia di sicurezza e $k$ è il parametro di sensibilità.

3.2 Algoritmo di Display Emotivo

Il sistema di display emotivo implementava una macchina a stati finiti con tre stati emotivi primari: neutro, preoccupato e allerta. Le transizioni tra stati erano attivate da soglie di prossimità e velocità di movimento.

4. Risultati e Analisi

4.1 Metriche di Prestazione

4.2 Percezione dell'Utente

I risultati del questionario hanno mostrato che i display emotivi aumentano significativamente l'interattività percepita (p < 0.05) ma non migliorano la chiarezza della comunicazione o l'efficienza del compito rispetto ai soli segnali LED.

5. Implementazione del Codice

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):
        # Calcolo rischio normalizzato
        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. Applicazioni Future

I risultati della ricerca hanno implicazioni significative per la robotica industriale, la robotica sanitaria e la robotica dei servizi. I lavori futuri dovrebbero concentrarsi su display emotivi adattivi che apprendono dalle risposte individuali degli utenti e dalle differenze culturali nell'interpretazione emotiva.

7. Riferimenti

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).

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