KR100578071B1 - Emotion management and synthesis device and method for personal robot - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인간 중심의 감성적인 휴먼 로봇의 상호 작용을 위해서 퍼스널 로봇이 내/외부의 다양한 요인(자극, 사건 등)을 기반으로 인간과 유사한 감성적 특성을 보이도록 자신의 감성 상태 및 욕구 상태를 합성(갱신 및 관리)할 수 있는 퍼스널 로봇의 감성 합성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention synthesizes its emotional state and desire state so that the personal robot shows emotional characteristics similar to humans based on various factors (stimulation, events, etc.) inside and outside for human-centered emotional human robot interaction. An emotional synthesizing apparatus for a personal robot capable of (update and manage) and a method thereof.

본 발명에 따르면, 감정에 영향을 주는 요인이 없으면 쇠퇴 함수를 이용하여 감정값을 감소시키고, 영향을 주는 요인이 있으면 영향 함수를 이용하여 감정값을 증가시키는 감정값 변경 수단; 상기 감정값을 입력받아 각각의 감정 간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영한 후, 이 반영된 값과 로봇의 현재 기분값을 입력받아 Michaelis - Menten 함수를 상기 감정값의 축에 대하여 평행 이동시켜 각 감정의 활성화 정도를 조절함으로써 감정값을 갱신하는 감정값 갱신 수단; 및 상기 갱신된 감정값을 입력받아, 상기 감정값이 현재 시간에 반비례하여 현재 기분에 영향을 주도록 기분값을 갱신하는 기분값 갱신 수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리기가 제공된다.According to the present invention, there is provided an emotion value changing means for reducing an emotion value using a decay function if there is no factor affecting emotion, and increasing an emotion value using an influence function if there is an influence factor; After receiving the emotion values and reflecting the degree of mutual suppression and stimulation between each emotion, and receiving the reflected value and the current mood value of the robot, the Michaelis-Menten function is moved in parallel to the axis of the emotion values to activate each emotion. Emotion value updating means for updating the emotion value by adjusting the degree; And mood value updating means for receiving the updated emotion value and updating the mood value to affect the current mood in inverse proportion to the current time. There is provided a emotion manager of a robot comprising a.

퍼스널 로봇, 감성 인식, 베이지안 학습, 욕구 관리, 감정 관리Personal Robot, Emotion Recognition, Bayesian Learning, Need Management, Emotion Management

Description

퍼스널 로봇의 감정 관리기 및 방법, 그를 이용한 감성 합성 장치 및 그 방법 {Emotion management and synthesis device and method for personal robot} Emotion manager and method of personal robot, emotional synthesis device and method using same {Emotion management and synthesis device and method for personal robot}             

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 로봇 감성 합성 장치의 개념적인 블록도이고,1 is a conceptual block diagram of a personal robot emotion synthesizing apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 2는 도 1에 도시된 사건 수신기(110)에서 일어나는 프로세싱을 나타낸 흐름도이고,FIG. 2 is a flow chart showing processing occurring in the event receiver 110 shown in FIG. 1,

도 3은 도 1에 도시된 사건 처리기(120)에서 일어나는 프로세싱을 나타낸 흐름도이고,3 is a flow diagram illustrating processing that occurs in the event handler 120 shown in FIG. 1,

도 4는 도 1에 도시된 다수의 욕구 관리기(130)에서 일어나는 프로세싱을 나타낸 흐름도이고,FIG. 4 is a flow diagram illustrating processing that occurs in multiple desire managers 130 shown in FIG. 1,

도 5는 도 1에 도시된 다수의 감정 관리기(140)에서 일어나는 프로세싱을 나타낸 흐름도이고,FIG. 5 is a flowchart illustrating processing occurring in the plurality of emotion managers 140 shown in FIG. 1,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 감정 변수의 비선형 함수가 기분 변수의 값에 의해서 변환된 결과를 보여주는 그래프이고,6 is a graph showing a result of the non-linear function of the emotional variable converted by the value of the mood variable according to an embodiment of the present invention,

도 7a는 본 발명의 일 실시예가 이용하는 베이지안 학습 방법을 주변 환경의 감성 인식(인식 부분)에 적용한 경우를 보여 주는 개념도이고,7A is a conceptual diagram illustrating a case where a Bayesian learning method used by an embodiment of the present invention is applied to emotional recognition (recognition part) of the surrounding environment,

도 7b는 본 발명의 일 실시예가 이용하는 베이지안 학습 방법을 주변 환경의 감성 인식(적용 부분)에 적용한 경우를 보여 주는 개념도이고,7B is a conceptual diagram illustrating a case where a Bayesian learning method used by an embodiment of the present invention is applied to emotional recognition (applied part) of the surrounding environment,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수정된 베이지안 학습 방법을 이용하여 2 개의 환경 변수에 대하여 임의로 합성된 사용자의 6 가지의 감성적 반응의 확률 모델 학습 결과를 보여주는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing a learning result of probabilistic models of six emotional responses of a user arbitrarily synthesized to two environment variables using a modified Bayesian learning method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 퍼스널 로봇의 감정 관리기 및 방법, 그를 이용한 감성 합성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 인간 중심의 감성적인 휴먼 로봇의 상호 작용을 위해서 퍼스널 로봇이 내/외부의 다양한 요인(자극, 사건 등)을 기반으로 인간과 유사한 감성적 특성을 보이도록 자신의 감성 상태 및 욕구 상태를 합성(갱신 및 관리)할 수 있는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to an emotion manager and method of a personal robot, and to an apparatus and method for synthesizing emotions using the same, in particular, for the interaction of a human-centered emotional human robot, various factors (stimulation, event, etc.) The present invention provides a device and a method for synthesizing (updating and managing) an emotional state and a desire state in order to exhibit emotional characteristics similar to those of a human being.

현재까지 퍼스널 로봇의 감성 합성에 관한 특허 및 연구는 그다지 이루어지지 않고 있는 실정이다.Until now, patents and researches on emotion synthesis of personal robots have not been conducted.

인간간의 상호 작용에서 비언어 통신이 차지하는 비율이 65 %이고, 메시지 전달의 매체에서 얼굴 표정이 차지하는 비율이 55 % 라는 것을 감안하면, 인간 중심의 자연스러운 휴먼 로봇 상호 작용을 위해서는 로봇이 상황에 따라서 자신의 감성을 합성하고 이를 표현하는 것이 매우 중요하다.Considering that non-verbal communication accounts for 65% of human interactions and 55% of facial expressions in the medium of message delivery, robots can be self-contained for natural human-centered interaction. It is very important to synthesize and express the emotions of people.

퍼스널 로봇의 감성 합성에 대한 종래의 연구는 와세다 대학, OMRON사, SONY사, MIT 대학 등 주로 미국과 일본을 중심으로 이루어지고 있으며, 대부분의 연구 결과들은 기존의 인지 과학, 신경 생리학 및 심리학 분야의 인간 감성 시스템 연구 결과를 그 기반으로 하고 있으므로, 개념적으로 서로 유사한 감성 합성 모델을 제시하고 있다.Conventional research on emotional synthesis of personal robots has been conducted mainly in the United States and Japan, such as Waseda University, OMRON, SONY, and MIT University, and most of the research results are based on the existing cognitive science, neurophysiology, and psychology. Based on the research results of human emotion system, we propose a conceptual composition of similar emotions.

그러나, 이러한 종래 기술들은 감성 상태의 알고리즘이 구체적으로 제시되어 있지 않고, 주로 특정 로봇에 맞추어져서 감성 합성 방법이 설계되어 있기 때문에 일반적이고 범용적인 퍼스널 로봇의 감성 합성에 활용하기는 어렵다는 문제점이 있다.However, these prior arts have a problem in that it is difficult to utilize them in general and general personal robot's emotional synthesis because the emotional state algorithm is not specifically presented, and the emotional synthesis method is designed mainly for a specific robot.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 로봇 감성 합성 소프트웨어가 확장성을 가지고 일반적인 퍼스널 로봇의 소프트웨어 플랫폼에 쉽게 통합될 수 있도록 하기 위하여 객체 지향 프로그래밍 방식 및 메시지 교환 방식을 기반으로 하는 로봇 감성 합성 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
An object of the present invention for solving the problems of the prior art as described above is based on the object-oriented programming method and message exchange method in order to enable the robot emotion synthesis software can be easily integrated into the software platform of the general personal robot with extensibility It is to provide a robot emotion synthesizing apparatus and a method thereof.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 입력된 사건, 로봇의 현재 욕구 상태 및 로봇의 기분(Mood)을 기반으로 감정 변수들의 값을 갱신하는 로봇(Robot)의 감정 관리기에 있어서, 상기 입력값들이 감정에 영향을 주는 요인이 없으면 쇠퇴 함수(Decay Function)를 이용하여 감정값을 감소시키고, 영향을 주는 요인이 있으면 영향 함수(Influence Function)를 이용하여 감정값을 증가시키는 감정값 변경 수단; 상기 변경된 감정값을 입력받아 각각의 감정 간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영한 후, 이 반영된 값과 로봇의 현재 기분값을 입력받아 Michaelis - Menten 함수를 상기 감정값의 축에 대하여 평행 이동시켜 각 감정의 활성화 정도를 조절함으로써 감정값을 갱신하는 감정값 갱신 수단; 및 상기 갱신된 감정값을 입력받아, 상기 감정값이 현재 시간에 반비례하여 현재 기분에 영향을 주도록 기분값을 갱신하는 기분값 갱신 수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리기가 제공된다.In order to achieve the above object, according to the present invention, in the emotion manager of the robot for updating the value of the emotional variables based on the input event, the robot's current desire state and the mood of the robot, the input Emotion value changing means for reducing the emotion value by using a decay function if the values do not have a factor affecting emotion, and increasing the emotion value by using an influence function if there is an influence factor; After receiving the changed emotion value and reflecting the degree of mutual suppression and stimulation between each emotion, and receiving the reflected value and the current mood value of the robot, the Michaelis-Menten function is moved in parallel with the axis of the emotion value to determine Emotion value updating means for updating an emotion value by adjusting an activation degree; And mood value updating means for receiving the updated emotion value and updating the mood value to affect the current mood in inverse proportion to the current time. There is provided a emotion manager of a robot comprising a.

또한, 로봇이 주변 환경에 대해서 사용자와 유사하게 감성적으로 반응하도록 주변 환경을 감성 인식하는 전처리기; 상기 전처리기의 결과물들을 입력받아 해당 욕구 변수의 값을 갱신하는 욕구 관리기; 상기 입력된 사건, 상기 욕구 관리기에 의하여 갱신된 욕구 변수 및 로봇의 현재 기분(Mood)를 입력받아 감정 변수들의 값을 갱신하는 감정 관리기; 및 상기 감정 관리기에 의하여 갱신된 감정 변수들 중 가장 값이 큰 감정 변수가 나타내는 감정을 로봇의 감성 상태로 간주하는 상태 출력기; 를 포함하고, 상기 감정 관리기는, 상기 입력값들이 감정에 영향을 주는 요인이 없으면 쇠퇴 함수(Decay Function)를 이용하여 감정값을 감소시키고, 영향을 주는 요인이 있으면 영향 함수(Influence Function)를 이용하여 감정값을 증가시키는 감정값 변경 수단; 상기 변경된 감정값을 입력받아 각각의 감정 간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영한 후, 이 반영된 값과 로봇의 현재 기분값을 입력받아 Michaelis - Menten 함수를 상기 감정값의 축에 대하여 평행 이동시켜 각 감정의 활성화 정도를 조절함으로써 감정값을 갱신하는 감정값 갱신 수단; 및 상기 갱신된 감정값을 입력받아, 상기 감정값이 현재 시간에 반비례하여 현재 기분에 영향을 주도록 기분값을 갱신하는 기분값 갱신 수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 장치가 제공된다.In addition, the pre-processor for the emotional recognition of the surrounding environment so that the robot reacts to the surrounding environment similarly to the user; A desire manager which receives the results of the preprocessor and updates a value of a corresponding desire variable; An emotion manager that receives the input event, the desire variable updated by the desire manager and the current mood of the robot, and updates the values of the emotion variables; And a state output unit that considers the emotion represented by the emotion variable having the highest value among the emotion variables updated by the emotion manager as the emotion state of the robot. The emotion manager may reduce the emotion value by using a decay function if the input values do not affect the emotion, and use an influence function if there is an influence factor. Emotion value changing means for increasing the emotion value; After receiving the changed emotion value and reflecting the degree of mutual suppression and stimulation between each emotion, and receiving the reflected value and the current mood value of the robot, the Michaelis-Menten function is moved in parallel with the axis of the emotion value to determine Emotion value updating means for updating an emotion value by adjusting an activation degree; And mood value updating means for receiving the updated emotion value and updating the mood value to affect the current mood in inverse proportion to the current time. Emotional synthesis apparatus of a robot is provided comprising a.

또한, 상기 전처리기는 수정된 베이지안 학습 방법을 적용하여 전처리를 한다.In addition, the preprocessor preprocesses the modified Bayesian learning method.

또한, 상술한 바와 같은 과정을 거치는 로봇의 감정 관리 방법 및 감성 합성 방법이 제공된다.In addition, there is provided an emotion management method and an emotion synthesis method of the robot which go through the above process.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 로봇의 감성 합성 장치 및 그 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the emotion synthesis apparatus and method of the personal robot according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 로봇 감성 합성 소프트웨어가 확장성을 가지고 일반적인 퍼스널 로봇의 소프트웨어 플랫폼에 쉽게 통합될 수 있도록 하기 위하여 객체 지향 프로그래밍 방식 및 메시지 교환 방식을 기반으로 로봇 감성 합성 프로그램 구조를 제안한다. 또한, 감성 상태를 이루는 감정 변수 및 욕구 변수의 구체적인 갱신 알고리즘을 제안한다. 또한, 변형된 베이지안 학습 방법을 사용하여 주변 환경 상태에 대해서 사용자와 유사한 감성 반응을 보이도록 감성 상태를 합성하는 방법을 제안한다.The present invention proposes a robot emotion synthesis program structure based on an object-oriented programming method and a message exchange method so that robot emotion synthesis software can be easily integrated into a general personal robot software platform. In addition, the present invention proposes a specific update algorithm for the emotional and desire variables that make up the emotional state. In addition, we propose a method of synthesizing the emotional state so that the emotional response similar to the user with respect to the surrounding environment state using the modified Bayesian learning method.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 로봇 감성 합성 장치의 개념적인 블록도로서, 퍼스널 로봇 감성 합성 장치는 전처리기(100), 사건 수신기(110), 사건 처리기(120), 다수의 욕구 관리기(130), 다수의 감정 관리기(140) 및 상태 처리기(150)를 포함하여 구성된다.1 is a conceptual block diagram of a personal robot emotion synthesizing apparatus according to an embodiment of the present invention, the personal robot emotional synthesizing apparatus includes a preprocessor 100, an event receiver 110, an event processor 120, and a plurality of desires. It is configured to include a manager 130, a plurality of emotion manager 140 and the state processor 150.

상기 전처리기(100)는 로봇이 주변 환경에 대하여 감성 인식을 수행하여 이를 수학적으로 사건으로 전처리하고, 상기 사건 수신기(110)는 상기 전처리기(100)에 의하여 전처리된 사건(자극)을 수신하며, 상기 사건 처리기(120)는 일정한 시간 간격으로 입력된 사건들을 각각의 해당하는 욕구 관리기(130) 및 감정 관리기(140)에 전달한다.The preprocessor 100 performs emotional recognition on the surrounding environment by the robot to preprocess it mathematically into an event, and the event receiver 110 receives an event (stimulus) preprocessed by the preprocessor 100. In addition, the event processor 120 transmits the input events at a predetermined time interval to each corresponding desire manager 130 and emotion manager 140.

상기 다수의 욕구 관리기(130)는 상기 사건 처리기(120)로부터 전달된 사건들을 기반으로 해당 욕구 변수의 값을 갱신하고, 상기 다수의 감정 관리기(140)는 상기 사건 처리기(120)로부터 전달된 사건, 상기 갱신된 욕구 변수의 값이 반영하는 로봇의 현재 욕구 상태 및 로봇의 기분을 기반으로 감정 변수들의 값을 갱신한 후, 상기 사건 처리기(120)에 재차 반환하여 해당 감정 프로세싱을 거친다.The plurality of desire managers 130 updates a value of a corresponding desire variable based on the events transmitted from the event processor 120, and the plurality of emotion managers 140 transmits an event transmitted from the event processor 120. After updating the values of the emotion variables based on the current desire state of the robot and the mood of the robot reflected by the updated needs variable, the robot returns to the event processor 120 and performs the corresponding emotion processing.

상기 상태 출력기(150)는 상기 사건 처리기(120)의 최종 결과값을 반영하는 출력기로서의 역할을 수행한다.The state output unit 150 serves as an output unit that reflects the final result of the event processor 120.

본 출원 명세서에서는 상기 전처리기(100)에서 일어나는 프로세싱은 후술하도록 한다.In the present specification, the processing occurring in the preprocessor 100 will be described later.

도 2는 도 1에 도시된 사건 수신기(110)에서 일어나는 프로세싱을 나타낸 흐름도로서, 먼저, 스텝 S201에서, 상기 사건 수신기(110)는 상기 전처리기(100)로부 터의 사건을 수신한 후, 스텝 S202에서, 이를 Input_Event Queue에 저장한다. 이때, 사건은 이름과 다수의 파라미터들로 정의가 되는데, 이는 프로그램 내부에 미리 정의되어 있어야 한다.FIG. 2 is a flowchart showing processing occurring in the event receiver 110 shown in FIG. 1. First, in step S201, the event receiver 110 receives an event from the preprocessor 100 and then steps. In S202, it is stored in the Input_Event Queue. In this case, the event is defined by a name and a number of parameters, which must be predefined in the program.

가령 예를 들면, "FACE,owner,happy"라는 파라미터는 얼굴 / 표정 인식 모듈로부터 보내지는 사건으로서, 자신의 주인이 웃고 있는 것을 인식한 경우에 보내진다.For example, the parameter "FACE, owner, happy" is an event sent from the face / expression recognition module and is sent when the owner recognizes that he is smiling.

도 3은 도 1에 도시된 사건 처리기(120)에서 일어나는 프로세싱을 나타낸 흐름도로서, 이를 상세히 설명하면, 다음과 같다.FIG. 3 is a flowchart showing processing occurring in the event handler 120 shown in FIG. 1, which will be described in detail as follows.

먼저, 스텝 S301에서, 일정한 시간 간격으로 상기 사건 수신기(110)에서 저장한 Input_Event_Queue에 저장되어 있는 정보들을 Event_List에 저장한 후, 스텝 S302에서, 상기 Event_List에 저장된 사건들을 기반으로 해당하는 각각의 욕구 관리기(130)를 통해서 욕구들의 값을 갱신한다.First, in step S301, information stored in the Input_Event_Queue stored by the event receiver 110 at a predetermined time interval is stored in an Event_List, and then in step S302, each desire manager corresponding to events based on the events stored in the Event_List. The value of the desires is updated through 130.

이어서, 스텝 S303에서, 상기 갱신된 욕구값들, 현재의 기분값 및 Event_List의 사건들을 기반으로 해당하는 각각의 감정 관리기(140)를 통해서 감정들의 값을 갱신한다.Then, in step S303, the values of emotions are updated through the corresponding emotion manager 140 based on the updated desire values, the current mood value, and the events of Event_List.

그리고, 스텝 S304에서, 상기 다수의 욕구 관리기(130) 및 감정 관리기(140)의 결과값을 입력받아 최근 감정들의 값을 기반으로 기분값을 갱신한 후, 스텝 S305에서 Event_List의 정보를 모두 삭제하고, 일정 시간동안 휴지한다.In operation S304, after receiving result values of the plurality of desire managers 130 and emotion managers 140, the mood values are updated based on recent emotion values, and then, in step S305, all the information of Event_List is deleted. , Rest for a certain period of time.

한편, 본 실시예에서는 상기 기분값 갱신 주체를 상기 사건 처리기(120)가 담당하는 것으로 설계했지만, 이는 편의상의 설명일 뿐, 상기 감정 관리기(140)가 처리하는 것을 배제하는 것은 아니다. 따라서, 후술하는 상기 감정 관리기(140)의 동작 설명시, 이를 포함하여 자세하게 설명하도록 한다.Meanwhile, in the present embodiment, the event value processor 120 is designed to be in charge of the event processor 120, but this is merely for convenience and does not exclude processing by the emotion manager 140. Therefore, when describing the operation of the emotion manager 140 to be described later, it will be described in detail including this.

도 4는 도 1에 도시된 다수의 욕구 관리기(130)에서 일어나는 프로세싱을 나타낸 흐름도로서, 상기 다수의 욕구 관리기(130)는 상기 사건 처리기(120)로부터 전달된 사건들을 기반으로 해당 욕구 변수들의 값을 갱신하는 바, 이를 상세히 설명하면, 다음과 같다.FIG. 4 is a flowchart illustrating processing occurring in the plurality of desire managers 130 shown in FIG. 1, wherein the plurality of desire managers 130 values values of corresponding desire variables based on the events transmitted from the event handler 120. Update to bar, which will be described in detail as follows.

상기 욕구 관리기(130)는 각각의 욕구마다 별도로 정의되도록 설계되었기 때문에 로봇 개발자가 필요에 따라서 쉽게 추가/삭제/수정할 수 있다.Since the desire manager 130 is designed to be defined separately for each desire, a robot developer can easily add / delete / modify as needed.

한편, 로렌쯔(Lorenz)와 틴버겐(Tinbergen)의 연구에 따르면, 인간의 욕구는 자극이 주어지지 않으면, 그 강도가 증가하는 특성이 있고, 일정한 범위 내로 욕구의 값이 유지되는 것이 바람직하며, 각각의 욕구마다 이를 충족시키는 행위들이 존재한다고 알려져 있다.On the other hand, according to the study of Lorenz and Tinbergen, if the human desire is not given a stimulus, the strength is increased, and it is desirable that the value of the desire is maintained within a certain range, respectively. It is known that there is an act that fulfills every desire.

퍼스널 로봇의 욕구는 퍼스널 로봇이 인간과 상호 작용하면서 일정 수준으로 유지되어야 할 척도들로 정의될 수 있다. 본 발명에 따른 각각의 욕구 처리기(130)는 위의 로렌쯔와 틴버겐의 연구 결과를 반영하도록 설계되어 있다.The desire of a personal robot can be defined as the measures by which the personal robot must remain at a certain level as it interacts with humans. Each desire processor 130 according to the present invention is designed to reflect the results of the Lorentz and tinbergen above.

따라서, 기본적으로 각각의 욕구 변수는 만족될 수록 작은 값을 가지고, 만족되지 아니하면, 큰 값을 갖도록 되어 있으며, 욕구 변수의 값이 정하여진 임계치(안정 영역)를 넘게 되면, 감성 상태에 영향을 주게 된다.Therefore, each desire variable basically has a smaller value as it is satisfied and a larger value when it is not satisfied, and when the value of the desire variable exceeds a predetermined threshold (stable region), it affects the emotional state. Given.

따라서, 먼저, 스텝 S401에서, Event_List의 사건들이 욕구 n에 영향을 미치면, 욕구 n의 값을 감소시키고, 스텝 S402에서, 욕구 n에 영향을 미치는 사건이 Event_List에 없으면, 욕구 n의 값을 증가시킨다.Therefore, first, in step S401, if the events of Event_List affect desire n, the value of desire n is decreased, and in step S402, if there is no event affecting desire n in Event_List, the value of desire n is increased. .

이어서, 스텝 S403에서, 욕구간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영하여 욕구 n의 값을 갱신하게 된다.Next, in step S403, the value of desire n is updated to reflect the mutual suppression and stimulus degree between desires.

한편, 욕구 변수의 값은 아래의 [수학식 1]에 의거하여 갱신된다.On the other hand, the value of the desire variable is updated based on Equation 1 below.

Figure 112003034421775-pat00001
Figure 112003034421775-pat00001

여기서,

Figure 112003034421775-pat00002
는 시간 t의 욕구 i의 값이고,
Figure 112003034421775-pat00003
는 이벤트 k가 욕구 i에 미치는 영향을 나타내며,
Figure 112003034421775-pat00004
는 욕구 j와 욕구 i 상호간의 억제 및 자극 정도를 나타내는 값이고,
Figure 112003034421775-pat00005
는 아무 자극도 없는 경우에 욕구 변수의 값을 증가시키는 함수이다. 또한,
Figure 112003034421775-pat00006
,
Figure 112003034421775-pat00007
Figure 112003034421775-pat00008
등의 값은 로봇 개발자가 직접 설정함으로써, 로봇이 개발자가 의도하는대로 감성 반응을 할 수 있게끔 한다.here,
Figure 112003034421775-pat00002
Is the value of desire i at time t,
Figure 112003034421775-pat00003
Represents the effect of event k on desire i,
Figure 112003034421775-pat00004
Is a value representing the degree of inhibition and stimulation between desire j and desire i,
Figure 112003034421775-pat00005
Is a function that increases the value of the desire variable when there is no stimulus. Also,
Figure 112003034421775-pat00006
,
Figure 112003034421775-pat00007
And
Figure 112003034421775-pat00008
The value of, etc. is set directly by the robot developer, allowing the robot to react emotionally as the developer intended.

도 5는 도 1에 도시된 다수의 감정 관리기(140)에서 일어나는 프로세싱을 나타낸 흐름도로서, 상기 감정 관리기(140)는 상기 사건 처리기(120)로부터 전달된 사건과, 상기 욕구 관리기에 의하여 갱신된 로봇의 현재 욕구 상태 및 로봇의 현재 기분(Mood)을 기반으로 감정 변수들의 값을 갱신한다.5 is a flowchart illustrating processing occurring in the plurality of emotion managers 140 illustrated in FIG. 1, wherein the emotion manager 140 includes an event transmitted from the event processor 120 and a robot updated by the desire manager. The values of the emotional variables are updated based on the current desire state of and the current mood of the robot.

상기 감정 관리기(140)도 각각의 감정마다 별도로 정의되도록 설계되었다. 한편, 본 발명에서 제안하는 감정 관리기는 일반적으로 알려진 아래의 [표 1]에 도시된 인간의 감성 시스템의 특징을 반영하도록 설계되었다.The emotion manager 140 is also designed to be defined separately for each emotion. On the other hand, the emotion manager proposed in the present invention is designed to reflect the characteristics of the human emotion system shown in Table 1 below generally known.

인간 감성 시스템의 특징Characteristics of the Human Emotion System Response DecayResponse decay 다시 자극되지 않으면, 시간이 경과할수록 감성의 강도가 약해짐.If not stimulated again, the intensity of sensitivity weakens over time. Repeated StrikeRepeated Strike 자극이 반복되면, 감성의 강도가 점점 커짐.If the stimulus is repeated, the intensity of the emotions increases. Non-linearityNon-linearity 인간의 감성 시스템은 비선형이지만, 특정 영역의 입력과 출력 범위에서는 선형에 근사될 수 있음.Human emotional systems are non-linear, but can be approximated linear in the input and output ranges of certain areas. ActivationActivation 감성이 활성화되기 위해서는 강도가 특정 수준 이상이 되어야 하고, 이는 기분 등에 의해서 영향을 받음.In order for emotion to be active, the intensity must be above a certain level, which is influenced by mood. SaturationSaturation 감성의 강도는 어느 수준에서 수렴하게 되고, 더 이상 증가하지 않음.Sensitivity intensity converges at some level and no longer increases.

감정 관리기는 다음의 3 단계로 감정값을 갱신한다.The emotion manager updates the emotion value in three steps.

(1) 단계 1 : 욕구 상태 및 사건들에 의한 감정값 변경(1) Step 1: Emotional value change by desire state and events

이 단계에서는 아래의 [수학식 2]에 의하여 각 감정 변수들이 변경된다.In this step, each emotional variable is changed by Equation 2 below.

Figure 112003034421775-pat00009
Figure 112003034421775-pat00009

여기에서,

Figure 112003034421775-pat00010
는 시간 t의 감정 i의 강도값이고,
Figure 112003034421775-pat00011
는 쇠퇴 함수(Decay Function)로서, 자극이 없는 경우에 감정 변수의 값을 낮추는 함수이며,
Figure 112003034421775-pat00012
는 이벤트 k가 감정 i에 미치는 영향 함수(Influence Function)이고,
Figure 112003034421775-pat00013
는 욕구 j가 감정 i에 미치는 영향 함수이다.From here,
Figure 112003034421775-pat00010
Is the intensity of emotion i at time t,
Figure 112003034421775-pat00011
Is a decay function, which is a function that lowers the value of an emotional variable in the absence of stimulation.
Figure 112003034421775-pat00012
Is the influence function of event k on emotion i,
Figure 112003034421775-pat00013
Is an influence function of desire j on emotion i.

또한, 각 함수들은 로봇 개발자가 필요에 따라서 정의하도록 한다.In addition, each function can be defined by the robot developer as needed.

(2) 단계 2 : 상호 자극 및 억제 적용(2) Step 2: Apply Mutual Stimulation and Suppression

이 단계에서는 각 감정 간의 상호 자극 및 억제를 고려한다. 일반적으로 '기쁨'과 '슬픔' 사이에는 상호 억제 관계가 존재하며, '분노'와 '슬픔' 사이에는 상호 자극 관계가 존재한다. 그밖에도 로봇 개발자의 필요에 의해서 여러가지 자극/억제 관계가 정의될 수 있다. 본 단계에서는 아래의 [수학식 3]에 의해서 현재의 최종 감정 변수의 값을 결정한다.This step considers mutual stimulation and suppression between emotions. In general, there is a mutual restraint between 'joy' and 'sorrow', and a mutual stimulus relationship between 'anger' and 'sorrow'. In addition, various stimulus / suppression relationships can be defined according to the needs of the robot developer. In this step, the current final emotional variable is determined by Equation 3 below.

Figure 112003034421775-pat00014
Figure 112003034421775-pat00014

여기서,

Figure 112003034421775-pat00015
는 감정 k가 감정 i에 미치는 영향을 정의하는 함수이다.here,
Figure 112003034421775-pat00015
Is a function that defines the effect of emotion k on emotion i.

(3) 단계 3 : 비선형 함수를 이용한 변환(3) Step 3: Conversion Using Nonlinear Functions

상술한 인간의 감정 시스템의 특징 중에서 Non-linearity, Saturation, Activation의 특성을 로봇 감성 합성에 적용하기 위해서

Figure 112003034421775-pat00016
를 아래의 [수학식 3]을 사용하여 변환한다.In order to apply the characteristics of non-linearity, saturation, and activation to the robot emotion synthesis
Figure 112003034421775-pat00016
Is converted using Equation 3 below.

Figure 112003034421775-pat00017
Figure 112003034421775-pat00017

상기 함수는 Michaelis - Menten 수식에 기반한 것으로서, 상기 수식은 세포의 생물학적 행위를 모델링하는데 매우 유용한 것으로 알려져 있다. 여기서, a 및 b는 상수이고, mood(t)는 로봇의 기분을 나타내며, k는 곡률을 조정하는 값이다.The function is based on the Michaelis-Menten formula, which is known to be very useful for modeling the biological behavior of cells. Here, a and b are constants, mood (t) represents the mood of the robot, and k is a value for adjusting the curvature.

로봇의 기분은 최근의 감성 상태를 기반으로 정의되고, 값이 양수이면 기분 이 좋은 것을 나타내며, 음수이면 기분이 나쁜 것을 의미한다. 한편, 로봇의 기분은 정의하는 수식은 아래의 [수학식 5]와 같다.The mood of the robot is defined based on the recent emotional state, and a positive value means good mood, and a negative value means bad mood. On the other hand, the equation for defining the mood of the robot is shown in Equation 5 below.

Figure 112003034421775-pat00018
Figure 112003034421775-pat00018

여기서,

Figure 112003034421775-pat00019
는 감성 j가 로봇의 기분에 영향을 미치는 정도를 정의한 함수이다. '분노', '혐오', '슬픔' 등의 부정적인 감정은 기분에 부정적인 영향을 미치며, '기쁨'은 기분에 긍정적인 영향을 미친다.here,
Figure 112003034421775-pat00019
Is a function that defines the degree to which emotion j affects the mood of the robot. Negative emotions such as anger, disgust, and sadness have a negative effect on mood, and joy has a positive effect on mood.

Figure 112003034421775-pat00020
는 i 번째 전의 감성 상태가 현재의 기분에 영향을 미치는 정도를 정의한 함수인데, i가 커질수록 그 값이 작아지도록 함으로써, 최근의 감성 상태가 현재의 기분에 더 많은 영향을 줄 수 있도록 정의되어 있다.
Figure 112003034421775-pat00020
Is a function that defines the degree to which the emotional state before the i th affects the current mood. The larger the value of i is, the smaller the value is, so that the recent emotional state can have more influence on the current mood. .

Figure 112003034421775-pat00021
는 기분이 감정 i에 미치는 영향을 정의한 함수로서, 부정적인 감정에 대해서는 기분이 좋을 때 활성화가 억제되도록 하며, 긍정적인 감정에 대해서는 기분이 나쁠 때 활성화가 억제되도록 한다.
Figure 112003034421775-pat00021
Is a function that defines the effect of mood on emotion i. For negative emotions, activation is suppressed when feeling good and activation is suppressed when feeling bad.

이때, 상기 감정값이 현재 시간에 반비례하여 현재 기분에 영향을 주도록 기분값을 갱신한다.At this time, the mood value is updated in such a way that the emotion value is inversely proportional to the current time to affect the current mood.

상술한 기술적 내용들을 흐름에 따라 정리하면, 다음과 같다.The above technical contents are arranged according to the flow, as follows.

먼저, 스텝 S501에서, Event_List에 저장된 사건들과 욕구 변수들이 감정 n에 주는 영향이 있으면, 감정 n의 값을 증가시키고, 스텝 S502에서, 감정 n의 값에 영향을 주는 요인이 없으면, 감정 n의 값을 감소시킨다.First, in step S501, if the events and desire variables stored in the Event_List have an influence on emotion n, the value of emotion n is increased, and in step S502, if there is no factor influencing the value of emotion n, Decrease the value.

이어서, 스텝 S503에서, 감정간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영하여 감정 n의 값을 갱신하고, 스텝 S504에서, 로봇의 기분값과 감정 n의 관계에 기반하여 Michaelis - Menten 함수를 감정 n 값의 축에 대하여 평행 이동시킨다.Next, in step S503, the value of emotion n is updated to reflect the degree of mutual suppression and stimulation between emotions, and in step S504, the Michaelis-Menten function is based on the relationship between the robot's mood value and emotion n. Move parallel to.

그리고, 스텝 S505에서, 로봇의 감성 표현이 인간의 감성 시스템의 특성인 Non-linearity, Saturation 및 Activation의 특성을 나타내도록 상기 Michaelis - Menten 함수를 사용하여 감정 n 값을 갱신한다.In step S505, the emotional n value is updated using the Michaelis-Menten function so that the emotional expression of the robot exhibits the characteristics of non-linearity, saturation and activation, which are characteristics of the human emotional system.

이어서, 스텝 S506에서, 상기 결과값들을 이용하여, 상기 감정값이 현재 시간에 반비례하여 현재 기분에 영향을 주도록 기분값을 갱신한다.Then, in step S506, the mood value is updated so that the emotion value affects the current mood in inverse proportion to the current time.

이때, 상기 Michaelis - Menten 함수의 평행 이동은 아래의 같은 4가지 케이스에 따른다.At this time, the parallel movement of the Michaelis-Menten function follows the following four cases.

(Case 1) 기분값이 0보다 크고(기분이 좋음), 감정 n이 긍정적인 감정이면, Michaelis - Menten 함수를 (-기분값)만큼 평행 이동함으로써, 감정 n의 활성화를 촉진한다.(Case 1) If the mood value is greater than zero (good mood), and emotion n is a positive emotion, the activation of emotion n is promoted by shifting the Michaelis-Menten function by (-mood value).

(Case 2) 기분값이 0보다 크고, 감정 n이 부정적인 감정이면, (+기분값)만큼 평행 이동함으로써, 감정 n의 활성화를 억제한다.(Case 2) If the mood value is greater than zero and the emotion n is a negative emotion, the movement of the emotion n is suppressed by moving in parallel by (+ mood value).

(Case 3) 기분값이 0보다 작고(기분이 나쁨), 감정 n이 긍정적인 감정이면 (-기분값)만큼 평행 이동함으로써, 감정 n의 활성화를 억제한다.(Case 3) If the mood value is less than 0 (bad mood), and the emotion n is a positive emotion, it is moved by (-mood value) in parallel, thereby suppressing the activation of the emotion n.

(Case 4) 기분값이 0보다 작고, 감정 n이 부정적인 감정이면, (+기분값)만큼 평행 이동함으로써, 감정 n의 활성화를 촉진한다.(Case 4) If the mood value is less than 0 and the emotion n is a negative emotion, it is moved by (+ mood value) in parallel to promote activation of the emotion n.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 감정 변수의 비선형 함수가 기분 변수의 값에 의해서 변환된 결과를 보여주는 그래프이다. 상기 그래프를 통하여 알 수 있듯이, 왼쪽의 감정 변수의 비선형 그래프가 오른쪽의 그래프로 변환된 것을 알 수 있다.6 is a graph showing a result of the non-linear function of the emotional variable converted by the value of the mood variable according to an embodiment of the present invention. As can be seen from the graph, it can be seen that the nonlinear graph of the emotional variable on the left side is converted into the graph on the right side.

이와 같은 과정을 통해서 각 감정의 활성화 수준을 조절할 수 있다.Through this process, the level of activation of each emotion can be controlled.

감정 변수의 값이 갱신되면, 감정 변수들 중에서 가장 값이 큰 감정 변수가 나타내는 감정을 로봇의 감성 상태로 간주한다.When the value of the emotional variable is updated, the emotion represented by the emotional variable having the highest value among the emotional variables is regarded as the emotional state of the robot.

상기 전처리기(100)에서 일어나는 프로세싱을 설명하도록 한다.The processing that takes place in the preprocessor 100 will now be described.

주변 환경의 감성 인식은 로봇이 주변 환경에 대해서 사용자와 유사하게 감성적으로 반응하도록 유도하기 위하여 필요하다. 로봇은 사용자의 감성적 반응과 유사하게 주변 환경에 반응함으로써, 사용자에게 알맞도록 주변 환경을 제어할 수 있으며, 사용자와 유사한 반응을 보임으로써, 사용자로 하여금 동질감 및 친근감을 느끼게 하도록 기여할 수 있다.Emotional recognition of the surrounding environment is necessary to induce the robot to react emotionally to the surrounding environment similarly to the user. The robot responds to the surrounding environment similarly to the emotional response of the user, thereby controlling the surrounding environment to be suitable for the user, and contributes to making the user feel homogeneous and friendly by displaying a similar response to the user.

사람의 감성적 반응에 영향을 주는 요소는 대단히 많고, 그 과정이 복잡하지만, 아직까지 이 분야에 대한 높은 수준의 연구 결과가 존재하지 않고, 로봇이 감지할 수 있는 정보에는 한계가 있으므로, 정확하게 사용자의 주변 환경에 대한 감성적 반응을 학습하는 것은 불가능하다. 그러므로, 본 발명에서는 주변 환경에 대한 사용자의 감성적 반응을 확률 모델로 가정하고, 이를 학습하는 것을 목표로 하였다.There are many factors that influence human emotional reactions and the process is complicated, but there is still no high level of research in this field, and there is a limit to the information that robots can detect. It is impossible to learn emotional responses to the environment. Therefore, the present invention aims to assume the emotional response of the user to the surrounding environment as a probabilistic model and to learn it.

기본적으로 베이지안 학습(Bayesian Learning) 방법을 사용하면, 학습 데이 터가 충분히 많은 경우에 원모델을 정확하게 학습할 수 있지만, 로봇이 온라인으로 충분한 학습 데이터를 모으기 위해서는 매우 많은 시간이 필요하다. 본 발명에서는 환경 변수들로 만들어지는 환경 상태 공간에서 서로 이웃하는 영역에 대한 사용자의 반응이 유사할 것이라는 것을 가정하고, 아래의 [수학식 6]이 의미하는 베이지안 학습 방법으로 수정하였다.Basically, the Bayesian Learning method can be used to accurately learn the original model when there is enough learning data, but it takes a lot of time for the robot to gather enough learning data online. In the present invention, it is assumed that the user's response to the neighboring areas in the environment state space formed by the environment variables will be similar, and modified to Bayesian learning method represented by Equation 6 below.

Figure 112003034421775-pat00022
Figure 112003034421775-pat00022

Figure 112003034421775-pat00023
Figure 112003034421775-pat00023

Figure 112003034421775-pat00024
Figure 112003034421775-pat00024

Figure 112003034421775-pat00025
Figure 112003034421775-pat00025

본 발명에서는 P'를 사용자의 감성적 반응의 확률 모델로 정의한다.In the present invention, P 'is defined as a probability model of the emotional response of the user.

상기 [수학식 6]의 의미는 다음과 같다.The meaning of Equation 6 is as follows.

먼저, 환경 상태 공간 상의 A=(a1, a2, ..., an)에서의 사용자의 감성적 반응의 확률을 구하는 것이 목표이므로, 이를 위하여 A 주위의 각 위치에서의 사용자의 감성적 반응의 확률을 기본 베이지안 학습 방법을 이용하여 구한 후, 그 결과에 가중치를 곱해서 더한다.First, since the goal is to find the probability of the user's emotional response at A = (a1, a2, ..., an) in the environmental state space, we will base the probability of the user's emotional response at each location around A. Obtained using Bayesian learning, then multiply the result by the weight.

한편, 본 발명에서는 각 점에 대한 가중치를 A와의 거리에 반비례하도록 설 정하였으며, 가중치의 총합은 1이 되도록 하였다.(정규화 : Normalization) 또한, 본 발명에서는 A에서의 사용자의 감성적 반응의 확률을 구할 때 사용되는 주변 점들의 집합을 구체적으로 명시하지는 않고, 상태 공간의 크기와 사용자의 감성적 반응의 수 등을 고려하여 개발자가 실험을 통하여 결정하도록 하였다.Meanwhile, in the present invention, the weight for each point is set in inverse proportion to the distance to A, and the sum of the weights is set to 1. (Normalization) In addition, in the present invention, the probability of the emotional response of the user at A is determined. Instead of specifying the set of surrounding points in detail, the developer decides through experiments considering the size of the state space and the number of emotional responses of the user.

이와 같은 방법을 따르면, 환경 상태 공간 상의 한 점에서의 사용자의 감성적 반응의 확률을 구하는 문제에 있어서, 상기 방법을 사용하면, 기본 베이지안 학습 방법을 사용하는 것에 비하여, 보다 적은 학습 데이터로 동일하거나 보다 높은 정확도를 가지는 결과를 얻을 수 있다.According to this method, in the problem of obtaining the probability of the emotional response of the user at a point in the environmental state space, using the method, the same or more learning data with less learning data than the basic Bayesian learning method is used. High accuracy results can be obtained.

도 7a는 본 발명의 일 실시예가 이용하는 베이지안 학습 방법을 주변 환경의 감성 인식(인식 부분)에 적용한 경우를 보여 주는 개념도이다.FIG. 7A is a conceptual diagram illustrating a case where a Bayesian learning method used in an embodiment of the present invention is applied to emotional recognition (recognition) of a surrounding environment.

로봇은 사용자의 얼굴 표정이 인식된 시점의 주변 환경 정보(온도, 밝기, 소음 등)를 사용자가 그 표정을 나타내도록 한 원인이라고 가정하고(인식된 사용자의 얼굴 표정, 주변 환경 정보(환경 상태 공간 상의 한 점에 대응됨.)), 학습 데이터를 생성한다.The robot assumes that the surrounding environment information (temperature, brightness, noise, etc.) at the time when the facial expression of the user is recognized is the cause that causes the user to express the expression (recognized user's facial expression and surrounding environment information (environmental state space) Corresponds to a point on the image.)) Generates training data.

그리고, 일정한 주기로 로봇은 베이지안 학습 방법과 그때까지 생성된 학습 데이터들을 이용하여 환경 상태 공간 상의 각 점에서의 사용자의 감성적 반응의 확률을 갱신한다. 이 정보가 '사용자의 감성적 반응 모델'이 된다.At regular intervals, the robot updates the probability of the user's emotional response at each point in the environmental state space using the Bayesian learning method and the learning data generated up to that point. This information becomes the user's emotional response model.

도 7b는 본 발명의 일 실시예가 이용하는 베이지안 학습 방법을 주변 환경의 감성 인식(적용 부분)에 적용한 경우를 보여 주는 개념도이다.7B is a conceptual diagram illustrating a case where the Bayesian learning method used in one embodiment of the present invention is applied to emotional recognition (applied part) of the surrounding environment.

적용 부분에서는 센서를 통하여 주변 환경 정보가 입력되면, 이에 대응되는 환경 상태 공간 상의 점에서의 사용자의 감성적 반응의 확률을 상기 알고리즘을 이용하여 구하고(P', '사용자의 감성적 반응 모델'이 이용됨.), 이를 로봇의 감성 상태 갱신에 사용한다.In the application part, when the surrounding environment information is input through the sensor, the probability of the emotional response of the user at the point on the environment state space corresponding thereto is calculated using the algorithm (P ',' user's emotional response model 'is used). ), It is used to update the emotional state of the robot.

한편, 학습 데이터가 충분히 많은 경우에도, 상기 가정만 유지되면, 기본적인 베이지안 학습과 유사한 결과를 제공한다.On the other hand, even when there is a sufficient amount of learning data, if only the assumption is maintained, results similar to basic Bayesian learning are provided.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수정된 베이지안 학습 방법을 이용하여 2 개의 환경 변수에 대하여 임의로 합성된 사용자의 6 가지의 감성적 반응의 확률 모델 학습 결과를 보여주는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing a learning result of probabilistic models of six emotional responses of a user arbitrarily synthesized to two environment variables using a modified Bayesian learning method according to an embodiment of the present invention.

상기 도 8을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안하는 방법은 다른 2 가지 방법(기본적인 베이지안 학습, Naive - Bayes Classfier)들보다 학습 데이터의 수가 증가하면서, 보다 높은 정확도를 가짐을 보여 주고 있다.As can be seen from FIG. 8, the method proposed by the present invention has higher accuracy as the number of learning data increases than the other two methods (basic Bayesian learning, Naive-Bayes Classfier).

위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술 사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been described above based on the preferred embodiments thereof, these embodiments are intended to illustrate rather than limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 확장성을 고려한 객체 지향적 프로그램 구조와 범용성을 고려한 메시지 전달 방식의 통합 구조로 인하여, 다양한 목적의 퍼스널 로봇의 감성 합성을 비교적 손쉽게 구현할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, due to the integrated structure of the object-oriented program structure in consideration of the scalability and the message delivery method in consideration of the universality, there is an effect that it is relatively easy to implement the emotional synthesis of the personal robot for various purposes.

그리고, 로봇의 기분 모델 및 구체적인 감성 상태 갱신 알고리즘을 설계하여 제공함으로써, 인간과 유사한 실용적이고 유용한 감성 합성 기능을 구현하는 것을 가능하게 하였고, 또한, 주변 환경의 감성 인식을 통하여 퍼스널 로봇이 자신의 사용자와 정서적으로 유사한 반응을 보이도록 유도할 수 있는 효과가 있다.In addition, by designing and providing a mood model of the robot and a specific emotional state updating algorithm, it is possible to implement a practical and useful emotional synthesis function similar to a human, and also, through the emotional recognition of the surrounding environment, the personal robot has its own user. There is an effect that can lead to an emotionally similar reaction.

결론적으로, 본 발명을 통하여 인간 중심의 친근한 휴먼 로봇 상호 작용을 지원할 수 있으며, 이는 퍼스널 로봇의 고부가가치화와 퍼스널 로봇 시장의 성장을 촉진하는 효과를 가져 올 수 있다.In conclusion, the present invention can support human-centered friendly human robot interaction, which can bring about high value-adding of personal robots and the growth of the personal robot market.

Claims (21)

입력된 사건, 로봇의 현재 욕구 상태 및 로봇의 기분(Mood)을 기반으로 감정 변수들의 값을 갱신하는 로봇(Robot)의 감정 관리기에 있어서,In the robot emotion manager that updates the values of the emotional variables based on the input event, the robot's current desire state, and the robot's mood, 상기 입력값들이 감정에 영향을 주는 요인이 없으면 쇠퇴 함수(Decay Function)를 이용하여 감정값을 감소시키고, 영향을 주는 요인이 있으면 영향 함수(Influence Function)를 이용하여 감정값을 증가시키는 감정값 변경 수단;If the input values do not affect the emotion, the emotion value is reduced by using a decay function, and if there is an influence factor, the emotion value is increased by using the influence function. Way; 상기 감정값 변경 수단으로부터 변경된 감정값을 입력받아 각각의 감정 간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영한 후, 이 반영된 감정값과 로봇의 현재 기분값을 입력받아 Michaelis - Menten 함수를 상기 감정값의 축에 대하여 상기 현재 기분값만큼 평행 이동시켜 각 감정의 활성화 정도를 조절함으로써 감정값을 갱신하는 감정값 갱신 수단; 및After receiving the changed emotion value from the emotion value changing means, reflecting mutual suppression and stimulus degree between each emotion, and receiving the reflected emotion value and the current mood value of the robot, the Michaelis-Menten function is applied to the axis of the emotion value. Emotion value updating means for updating the emotion value by adjusting the degree of activation of each emotion by moving in parallel with the current mood value; And 상기 감정값 갱신 수단으로부터 갱신된 감정값을 입력받아, 상기 로봇의 기분에 영향을 주는 감정값들이 경과시간에 반비례하게 상기 로봇의 기분에 영향을 주도록, 상기 갱신된 감정값을 반영하여 상기 로봇의 현재 기분값을 갱신하는 기분값 갱신 수단;By receiving the updated emotion value from the emotion value updating means, the emotion values affecting the mood of the robot affect the mood of the robot in inverse proportion to the elapsed time, reflecting the updated emotion value of the robot. Mood value updating means for updating a current mood value; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리기.Emotion manager of the robot comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감정값 변경 수단은 아래의 [식 1]에 의하여 각각의 감정값을 변경하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리기.And said emotion value changing means changes each emotion value by the following [Equation 1]. [식 1][Equation 1]
Figure 112003034421775-pat00026
Figure 112003034421775-pat00026
여기에서,
Figure 112003034421775-pat00027
는 시간 t의 감정 i의 강도값이고,
Figure 112003034421775-pat00028
는 쇠퇴 함수(Decay Function)로서, 자극이 없는 경우에 감정 변수의 값을 낮추는 함수이며,
Figure 112003034421775-pat00029
는 이벤트 k가 감정 i에 미치는 영향 함수(Influence Function)이고,
Figure 112003034421775-pat00030
는 욕구 j가 감정 i에 미치는 영향 함수이다.
From here,
Figure 112003034421775-pat00027
Is the intensity of emotion i at time t,
Figure 112003034421775-pat00028
Is a decay function, which is a function that lowers the value of an emotional variable in the absence of stimulation.
Figure 112003034421775-pat00029
Is the influence function of event k on emotion i,
Figure 112003034421775-pat00030
Is an influence function of desire j on emotion i.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감정값 갱신 수단은 아래의 [식 2]에 의하여 각각의 감정 간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리기.The emotion value updating means of the emotion controller of the robot, characterized in that to reflect the degree of mutual suppression and stimulation between each emotion by the following [Equation 2]. [식 2][Equation 2]
Figure 112003034421775-pat00031
Figure 112003034421775-pat00031
여기서,
Figure 112003034421775-pat00032
는 감정 k가 감정 i에 미치는 영향을 정의하는 함수이다.
here,
Figure 112003034421775-pat00032
Is a function that defines the effect of emotion k on emotion i.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 감정값 갱신 수단은 아래의 [식 3]에 의하여 최종적으로 감정값을 갱신 하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리기.The emotion value updating means is the emotion manager of the robot, characterized in that for finally updating the emotion value by the following equation (3). [식 3][Equation 3]
Figure 112003034421775-pat00033
Figure 112003034421775-pat00033
여기서, a 및 b는 상수이고, mood(t)는 로봇의 기분을 나타내며, k는 곡률을 조정하는 값이다.Here, a and b are constants, mood (t) represents the mood of the robot, and k is a value for adjusting the curvature.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기분값 갱신 수단은 아래의 [식 4]에 의하여 기분값을 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리기.And said mood value updating means determines the mood value by the following [Equation 4]. [식 4][Equation 4]
Figure 112003034421775-pat00034
Figure 112003034421775-pat00034
여기서,
Figure 112003034421775-pat00035
는 감성 j가 로봇의 기분에 영향을 미치는 정도를 정의한 함수이고,
Figure 112003034421775-pat00036
는 i 번째 전의 감성 상태가 현재의 기분에 영향을 미치는 정도를 정의한 함수이며,
Figure 112003034421775-pat00037
는 기분이 감정 i에 미치는 영향을 정의한 함수이다.
here,
Figure 112003034421775-pat00035
Is a function that defines how emotional j affects the robot's mood,
Figure 112003034421775-pat00036
Is a function that defines how the emotional state before the i th affects the current mood,
Figure 112003034421775-pat00037
Is a function that defines the effect of mood on emotion i.
입력된 사건, 로봇의 현재 욕구 상태 및 로봇의 기분(Mood)을 기반으로 감정 변수들의 값을 갱신하는 로봇(Robot)의 감정 관리 방법에 있어서,In the robot emotion management method of updating the value of the emotional variables based on the input event, the robot's current desire state and the mood of the robot, 상기 입력값들이 감정에 영향을 주는 요인이 없으면 쇠퇴 함수(Decay Function)를 이용하여 감정값을 감소시키고, 영향을 주는 요인이 있으면 영향 함수(Influence Function)를 이용하여 감정값을 증가시키는 제 1 단계;A first step of decreasing the emotion value using a decay function if the input values do not affect the emotion, and increasing the emotion value using an influence function if there is a factor influencing the input values ; 상기 제 1 단계에서 변경된 감정값을 입력받아 각각의 감정 간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영한 후, 이 반영된 감정값과 로봇의 현재 기분값을 입력받아 Michaelis - Menten 함수를 상기 감정값의 축에 대하여 상기 현재 기분값만큼 평행 이동시켜 각 감정의 활성화 정도를 조절함으로써 감정값을 갱신하는 제 2 단계; 및After receiving the emotion value changed in the first step and reflecting the degree of mutual suppression and stimulation between each emotion, and receiving the reflected emotion value and the current mood value of the robot, the Michaelis-Menten function is applied to the axis of the emotion value. A second step of updating the emotion value by adjusting the degree of activation of each emotion by moving in parallel by the current mood value; And 상기 제 2 단계에서 갱신된 감정값을 입력받아, 상기 로봇의 기분에 영향을 주는 감정값들이 경과시간에 반비례하게 상기 로봇의 기분에 영향을 주도록, 상기 갱신된 감정값을 반영하여 상기 로봇의 현재 기분값을 갱신하는 제 3 단계;The current emotion value of the robot is reflected by reflecting the updated emotion value to receive the updated emotion value in the second step, so that the emotion values affecting the mood of the robot affect the mood of the robot in inverse proportion to the elapsed time. A third step of updating the mood value; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리 방법.Emotional management method of a robot comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 2 단계는 아래의 [식 5]에 의하여 감정값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리 방법.The second step is a emotion management method of the robot, characterized in that for updating the emotion value by the following equation (5). [식 5][Equation 5]
Figure 112003034421775-pat00038
Figure 112003034421775-pat00038
여기서, a 및 b는 상수이고, mood(t)는 로봇의 기분을 나타내며, k는 곡률을 조정하는 값이다.Here, a and b are constants, mood (t) represents the mood of the robot, and k is a value for adjusting the curvature.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 로봇의 기분값은 아래의 [식 6]에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리 방법.Feeling value of the robot is emotion management method of the robot, characterized in that determined by the following [Equation 6]. [식 6][Equation 6]
Figure 112003034421775-pat00039
Figure 112003034421775-pat00039
여기서,
Figure 112003034421775-pat00040
는 감성 j가 로봇의 기분에 영향을 미치는 정도를 정의한 함수이고,
Figure 112003034421775-pat00041
는 i 번째 전의 감성 상태가 현재의 기분에 영향을 미치는 정도를 정의한 함수이며,
Figure 112003034421775-pat00042
는 기분이 감정 i에 미치는 영향을 정의한 함수이다.
here,
Figure 112003034421775-pat00040
Is a function that defines how emotional j affects the robot's mood,
Figure 112003034421775-pat00041
Is a function that defines how the emotional state before the i th affects the current mood,
Figure 112003034421775-pat00042
Is a function that defines the effect of mood on emotion i.
제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 2 단계는, Non-linearity(인간의 감성 시스템은 비선형이지만, 특정 영역의 입출력 범위에서는 선형으로 근사), Activation(기준 등의 강도가 특정 수준 이상이 될 때, 감성이 활성화), Saturation(감성의 강도는 특정값에 수렴하게 되고, 더 이상 증가하지는 않음.) 특성을 이용하여 기분값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감정 관리 방법.The second step is Non-linearity (human emotion system is non-linear, but approximated linearly in the input / output range of a specific area), Activation (emotion is activated when the intensity of the reference or the like is above a certain level), The intensity of emotion converges to a specific value and does not increase any more. 로봇이 주변 환경에 대해서 사용자와 유사하게 감성적으로 반응하도록 주변 환경을 감성 인식하는 전처리기;A preprocessor for emotionally recognizing the surrounding environment such that the robot reacts emotionally to the surrounding environment similarly to the user; 상기 전처리기의 결과물들을 입력받아 해당 욕구 변수의 값을 갱신하는 욕구 관리기;A desire manager which receives the results of the preprocessor and updates a value of a corresponding desire variable; 상기 입력된 사건, 상기 욕구 관리기에 의하여 갱신된 욕구 변수 및 로봇의 현재 기분(Mood)를 입력받아 감정 변수들의 값을 갱신하는 감정 관리기; 및An emotion manager that receives the input event, the desire variable updated by the desire manager and the current mood of the robot, and updates the values of the emotion variables; And 상기 감정 관리기에 의하여 갱신된 감정 변수들 중 가장 값이 큰 감정 변수가 나타내는 감정을 로봇의 감성 상태로 간주하는 상태 출력기; 를 포함하고,A state output unit that considers the emotion represented by the emotion variable having the highest value among the emotion variables updated by the emotion manager as the emotion state of the robot; Including, 상기 감정 관리기는,The emotion manager, 상기 입력값들이 감정에 영향을 주는 요인이 없으면 쇠퇴 함수(Decay Function)를 이용하여 감정값을 감소시키고, 영향을 주는 요인이 있으면 영향 함수(Influence Function)를 이용하여 감정값을 증가시키는 감정값 변경 수단;If the input values do not affect the emotion, the emotion value is reduced by using a decay function, and if there is an influence factor, the emotion value is increased by using the influence function. Way; 상기 감정값 변경 수단으로부터 변경된 감정값을 입력받아 각각의 감정 간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영한 후, 이 반영된 감정값과 로봇의 현재 기분값을 입력받아 Michaelis - Menten 함수를 상기 감정값의 축에 대하여 상기 현재 기분값만큼 평행 이동시켜 각 감정의 활성화 정도를 조절함으로써 감정값을 갱신하는 감정값 갱신 수단; 및After receiving the changed emotion value from the emotion value changing means, reflecting mutual suppression and stimulus degree between each emotion, and receiving the reflected emotion value and the current mood value of the robot, the Michaelis-Menten function is applied to the axis of the emotion value. Emotion value updating means for updating the emotion value by adjusting the degree of activation of each emotion by moving in parallel with the current mood value; And 상기 감정값 갱신 수단으로부터 갱신된 감정값을 입력받아, 상기 로봇의 기분에 영향을 주는 감정값들이 경과시간에 반비례하게 상기 로봇의 기분에 영향을 주도록, 상기 갱신된 감정값을 반영하여 상기 로봇의 현재 기분값을 갱신하는 기분값 갱신 수단;By receiving the updated emotion value from the emotion value updating means, the emotion values affecting the mood of the robot affect the mood of the robot in inverse proportion to the elapsed time, reflecting the updated emotion value of the robot. Mood value updating means for updating a current mood value; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 장치.Emotional synthesizing apparatus for a robot comprising a. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 전처리기는 환경 변수들로 생성되는 환경 상태 공간에서 서로 이웃하는 영역에 대한 사용자의 반응이 유사할 것이라는 가정하에 기본 베이지안 학습(Bayesian Learning) 방법을 수정한 확률 모델을 적용하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 장치.The preprocessor applies a probability model modified from a basic Bayesian learning method under the assumption that the user's response to neighboring regions in the environment state space generated by environment variables will be similar. Emotional synthesis device. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 전처리기는 환경 상태 공간 상의 임의의 점 주위의 각 위치에서의 사용자의 감성적 반응의 확률을 기본 베이지안 학습 방법을 이용하여 구한 후, 그 결과에 가중치를 곱하여 더함으로서, 사건들을 전처리하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 장치.The preprocessor obtains the probability of the emotional response of the user at each location around an arbitrary point in the environmental state space by using the basic Bayesian learning method, and multiplies the result by weight to add the results to preprocess events. Emotional synthesis device of robot. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 각 위치에 대한 가중치는 상기 임의의 점과의 거리에 반비례하도록 설정하고, 상기 가중치의 총합은 1이 되도록 정규화(Normalization)하는 것을 특징으 로 하는 로봇의 감성 합성 장치.The apparatus for synthesizing the robot, characterized in that the weight for each position is set in inverse proportion to the distance to the arbitrary point, and the total of the weights is normalized to be 1. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 욕구 관리기는 상기 전처리기로부터 입력된 사건들이 욕구에 영향을 미치면 욕구값을 감소시키고, 영향을 미치지 아니하면 욕구값을 증가시킨 후, 상기 각각의 욕구간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영하여 욕구값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 장치. The desire manager decreases the desire value when the events input from the preprocessor affect the desire, and increases the desire value if it does not affect the desire value, and then reflects the mutual suppression and stimulus levels between the desires. Emotional synthesis device of the robot, characterized in that for updating. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 욕구 관리기는 아래의 [식 7]을 이용하여 욕구값을 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 장치.The desire manager is a robot emotion synthesis device, characterized in that for determining the desire value using the following equation (7). [식 7][Equation 7]
Figure 112003034421775-pat00043
Figure 112003034421775-pat00043
여기서,
Figure 112003034421775-pat00044
는 시간 t의 욕구 i의 값이고,
Figure 112003034421775-pat00045
는 이벤트 k가 욕구 i에 미치는 영향을 나타내며,
Figure 112003034421775-pat00046
는 욕구 j와 욕구 i 상호간의 억제 및 자극 정도를 나타내는 값이고,
Figure 112003034421775-pat00047
는 아무 자극도 없는 경우에 욕구 변수의 값을 증가시키는 함수이다.
here,
Figure 112003034421775-pat00044
Is the value of desire i at time t,
Figure 112003034421775-pat00045
Represents the effect of event k on desire i,
Figure 112003034421775-pat00046
Is a value representing the degree of inhibition and stimulation between desire j and desire i,
Figure 112003034421775-pat00047
Is a function that increases the value of the desire variable when there is no stimulus.
로봇이 주변 환경에 대해서 사용자와 유사하게 감성적으로 반응하도록 주변 환경을 감성 인식하는 제 1 단계;A first step of emotionally recognizing the surrounding environment such that the robot responds emotionally to the surrounding environment similarly to the user; 상기 제 1 단계의 결과물들을 입력받아 해당 욕구 변수의 값을 갱신하는 제 2 단계;A second step of receiving the results of the first step and updating a value of a corresponding desire variable; 상기 입력값 및 상기 갱신된 욕구 변수들이 감정에 영향을 주는 요인이 없으면 쇠퇴 함수(Decay Function)를 이용하여 감정값을 감소시키고, 영향을 주는 요인이 있으면 영향 함수(Influence Function)를 이용하여 감정값을 증가시키는 제 3 단계;If the input value and the updated desire variables do not have a factor affecting emotion, the emotion value is reduced using a decay function, and if there is a factor that affects the emotion value using an influence function A third step of increasing; 상기 제 3 단계에서 변경된 감정값을 입력받아 각각의 감정 간의 상호 억제 및 자극 정도를 반영한 후, 이 반영된 감정값과 로봇의 현재 기분값을 입력받아 Michaelis - Menten 함수를 상기 감정값의 축에 대하여 상기 현재 기분값만큼 평행 이동시켜 각 감정의 활성화 정도를 조절함으로써 감정값을 갱신하는 제 4 단계; 및After receiving the emotion value changed in the third step and reflecting the degree of mutual suppression and stimulation between each emotion, and receiving the reflected emotion value and the current mood value of the robot, the Michaelis-Menten function is applied to the axis of the emotion value. A fourth step of updating the emotion value by adjusting the activation degree of each emotion by moving in parallel with the current mood value; And 상기 제 4 단계에서 갱신된 감정값을 입력받아, 상기 로봇의 기분에 영향을 주는 감정값들이 경과시간에 반비례하게 상기 로봇의 기분에 영향을 주도록, 상기 갱신된 감정값을 반영하여 상기 로봇의 현재 기분값을 갱신하는 제 5 단계;The current emotion value of the robot is reflected by receiving the updated emotion value in the fourth step, so that the emotion values affecting the mood of the robot affect the mood of the robot in inverse proportion to the elapsed time. A fifth step of updating the mood value; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 방법.Emotional synthesis method of a robot comprising a. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 제 1 단계는 환경 변수들로 생성되는 환경 상태 공간에서 서로 이웃하는 영역에 대한 사용자의 반응이 유사할 것이라는 가정하에 기본 베이지안 학습(Bayesian Learning) 방법을 수정한 확률 모델을 적용하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 방법.The first step is to apply a probabilistic model modified from a basic Bayesian learning method under the assumption that the user's response to neighboring regions in the environment state space generated by the environment variables will be similar. Emotional synthesis method of robot. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제 1 단계는 환경 상태 공간 상의 임의의 점 주위의 각 위치에서의 사용자의 감성적 반응의 확률을 기본 베이지안 학습 방법을 이용하여 구한 후, 그 결과에 가중치를 곱하여 더함으로서, 사건들을 전처리하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 방법.The first step is to calculate the probability of the emotional response of the user at each location around an arbitrary point in the environmental state space using the basic Bayesian learning method, and then multiply the result by weight to preprocess the events. Emotion synthesis method of robot. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 각 위치에 대한 가중치는 상기 임의의 점과의 거리에 반비례하도록 설정하고, 상기 가중치의 총합은 1이 되도록 정규화(Normalization)하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 방법.The weight for each position is set in inverse proportion to the distance to the arbitrary point, and the sum of the weight is normalized (Normalization) so that the sum of the weights (Normalization). 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 수정된 베이지안 학습 방법은 아래의 [식 8]에 의한 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 방법.The modified Bayesian learning method is the emotion synthesis method of the robot, characterized by the following [Equation 8]. [식 8][Equation 8]
Figure 112003034421775-pat00048
Figure 112003034421775-pat00048
Figure 112003034421775-pat00049
Figure 112003034421775-pat00049
Figure 112003034421775-pat00050
Figure 112003034421775-pat00050
Figure 112003034421775-pat00051
Figure 112003034421775-pat00051
여기에서, P'는 사용자의 감성적 반응의 확률 모델이다.Here, P 'is a probabilistic model of the emotional response of the user.
제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 욕구 관리기는 아래의 [식 9]를 이용하여 욕구값을 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 감성 합성 방법.The desire manager is a method for synthesizing the robot, characterized in that to determine the desire value using the following equation (9). [식 9][Equation 9]
Figure 112003034421775-pat00052
Figure 112003034421775-pat00052
여기서,
Figure 112003034421775-pat00053
는 시간 t의 욕구 i의 값이고,
Figure 112003034421775-pat00054
는 이벤트 k가 욕구 i에 미치는 영향을 나타내며,
Figure 112003034421775-pat00055
는 욕구 j와 욕구 i 상호간의 억제 및 자극 정도를 나타내는 값이고,
Figure 112003034421775-pat00056
는 아무 자극도 없는 경우에 욕구 변수의 값을 증가시키는 함수이다.
here,
Figure 112003034421775-pat00053
Is the value of desire i at time t,
Figure 112003034421775-pat00054
Represents the effect of event k on desire i,
Figure 112003034421775-pat00055
Is a value representing the degree of inhibition and stimulation between desire j and desire i,
Figure 112003034421775-pat00056
Is a function that increases the value of the desire variable when there is no stimulus.
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