KR102095089B1 - Digital agent embedded mobile manipulator and method of operating thereof - Google Patents

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Abstract

디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터 및 그 동작 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터는, 영상 정보를 취득하는 촬영부와, 상기 촬영부의 회전 각도를 제어하는 각도 제어부가 구성되는 머리부; 및 상기 머리부의 하부에 배치되며, 작업을 위한 복수의 관절이 형성된 매니퓰레이터가 구성되는 몸통부를 포함하고, 상기 머리부의 상기 각도 제어부는 상기 몸통부와 독립적으로 상기 촬영부를 회전시킬 수 있다. A digital agent mobile manipulator and a method of its operation are presented. The digital agent movement manipulator according to an embodiment includes: a head unit including a photographing unit acquiring image information and an angle control unit controlling an angle of rotation of the photographing unit; And a body part disposed under the head part and comprising a manipulator having a plurality of joints for work, and the angle control part of the head part can rotate the imaging part independently of the body part.

Description

디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터 및 그 동작 방법{DIGITAL AGENT EMBEDDED MOBILE MANIPULATOR AND METHOD OF OPERATING THEREOF}DIGITAL AGENT EMBEDDED MOBILE MANIPULATOR AND METHOD OF OPERATING THEREOF

아래의 실시예들은 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전방향(omni-directional) 작업이 가능함과 동시에 감성 기반 대화가 가능한 소셜 로봇 에이전트를 통합하는 새로운 이동 매니퓰레이터(manipulator) 플랫폼에 관한 것이다. The following embodiments relate to a digital agent mobile manipulator and a method of operation thereof, and more specifically, a new mobile manipulator that integrates a social robot agent capable of omni-directional operation and emotion-based conversation. ) It is about the platform.

모바일 플랫폼(mobile platform)을 갖는 원격 존재 로봇은 사람의 손과 같이 다양한 조작을 행하는 매니퓰레이터(manipulator)와 매니퓰레이터를 탑재한 상태로 전(全) 방향으로 구동되는 모바일 플랫폼(Omni-directional mobile platform)으로 구성될 수 있다. 이러한 경우 매니퓰레이터와 모바일 플랫폼은 서로 독립적으로 조작될 필요가 있으나, 일반적으로 두 팔(또는 두 손)을 이용하여 원격 존재 로봇을 조작하는 사용자로서는 매니퓰레이터와 모바일 플랫폼 모두를 동시에 제어하기가 어렵다는 문제점이 있다.A remote robot having a mobile platform is an omni-directional mobile platform equipped with a manipulator and manipulator that performs various manipulations such as a human hand. Can be configured. In this case, the manipulator and the mobile platform need to be operated independently of each other, but in general, a user operating a remote robot using two arms (or two hands) has a problem that it is difficult to control both the manipulator and the mobile platform at the same time. .

기존의 이동 매니퓰레이터와 관련한 특허들 중 한국공개특허 10-2006-0113099호는 작업을 하는 이동 매니퓰레이터와 이의 작업을 자동으로 감지하여 촬영하는 비젼로봇에 관한 발명이다. 하지만 작업을 하는 로봇과 환경을 촬영하는 로봇이 분리되어 있어 좁은 실내 공간 내에서 효율적인 작업이 힘들다. 또한, 한국공개특허 10-2012-0047490호는 가사도우미 로봇 매니퓰레이터의 관한 것으로서, 휠 베이스 위에 다관절 매니퓰레이터 2개가 부착되어 있다. 하지만 카메라나 로봇 얼굴 파트는 없으며 두 매니퓰레이터도 전방 작업만 가능하다. 이러한 구조는 흴을 제어하여 몸체 전체를 회전하며 작업을 해야 하기 때문에 좁은 실내공간에선 더욱 비효율적이다. Among the patents related to the existing mobile manipulator, Korean Patent Publication No. 10-2006-0113099 is an invention relating to a mobile manipulator that works and a vision robot that automatically detects and photographs the work. However, it is difficult to work efficiently in a small indoor space because the working robot and the robot shooting the environment are separated. In addition, Korean Patent Publication No. 10-2012-0047490 relates to a domestic assistant robot manipulator, and two articulated manipulators are attached on a wheel base. However, there are no cameras or robot face parts, and both manipulators can only work forward. Such a structure is more inefficient in a narrow indoor space because the entire body must be rotated to control the work.

한국공개특허 10-2006-0113099호Korean Patent Publication No. 10-2006-0113099

K.-H. Han and J.-H. Kim, "Quantum-inspired evolutionary algorithm for a class of combinatorial optimization," IEEE Trans. Evol. Comput., Vol. 6, no. 6, pp. 580-593, 2002.  K.-H. Han and J.-H. Kim, "Quantum-inspired evolutionary algorithm for a class of combinatorial optimization," IEEE Trans. Evol. Comput., Vol. 6, no. 6, pp. 580-593, 2002. J. Yun, J. Lee, D. Han, J. Ju, and J. Kim, "Cost-efficient 3D face reconstruction from a single 2D image," in Proc. Int. Conf. Advanced Communications Tech., Pyeongchang, Republic of Korea, Feb. 2017. J. Yun, J. Lee, D. Han, J. Ju, and J. Kim, "Cost-efficient 3D face reconstruction from a single 2D image," in Proc. Int. Conf. Advanced Communications Tech., Pyeongchang, Republic of Korea, Feb. 2017. W. Hwang, W. Kim, S. Suh, J.-J. Han, and J. Kim, "Face recognition using average example image," Electron. Lett., Vol. 50, no. 25, pp. 1921-1923, 2014. W. Hwang, W. Kim, S. Suh, J.-J. Han, and J. Kim, "Face recognition using average example image," Electron. Lett., Vol. 50, no. 25, pp. 1921-1923, 2014. H. Yoo, Y. Suh, and H. Kim, "Voice conversion in HTS using VTLN warping factor transform," in Proc. Korean Society Speech Sci., Seoul, Republic of Korea, Nov. 2016, pp. 141-142. H. Yoo, Y. Suh, and H. Kim, "Voice conversion in HTS using VTLN warping factor transform," in Proc. Korean Society Speech Sci., Seoul, Republic of Korea, Nov. 2016, pp. 141-142.

실시예들은 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터 및 그 동작 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 전방향(omni-directional) 작업이 가능함과 동시에 감성 기반 대화가 가능한 소셜 로봇 에이전트를 통합하는 새로운 이동 매니퓰레이터(manipulator) 플랫폼을 제공한다. Embodiments describe a digital agent mobile manipulator and a method of operation thereof, and more specifically, a new mobile manipulator platform that integrates a social robot agent capable of omni-directional operation and at the same time capable of emotion-based conversation. to provide.

실시예들은 로봇이 단순 작업만 하는 것이 아니라, 로봇 주변의 사람들과 상호작용을 하도록 특정 사람의 외형, 성격을 디지털(Digital) DNA를 기반으로 생성하여 그 생명체를 매니퓰레이터에 구현함으로써, 로봇이 대화 시 주변 환경에 대한 상황 정보(context)를 추론하여 표정에 반영하여 사용자와 상호작용을 할 수 있는 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터 및 그 동작 방법을 제공하는데 있다. In the embodiments, the robot does not only perform a simple task, but creates a person's appearance and personality based on digital DNA to interact with the people around the robot, and implements the creature in the manipulator, thereby allowing the robot to communicate It is to provide a digital agent mobile manipulator that can interact with a user by inferring context information about the surrounding environment and reflecting it on a facial expression, and a method of operating the same.

또한, 실시예들은 휠 베이스 위에 매니퓰레이터를 구성하고 태블릿 로봇 얼굴과 카메라를 부착하여 전체적으로 좁은 공간을 차지하도록 구현함으로써, 실내 환경에서 효율적인 이동과 작업이 가능한 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터 및 그 동작 방법을 제공하는데 있다. In addition, embodiments are provided to construct a manipulator on a wheel base and attach a tablet robot face and a camera to take up a small space as a whole, thereby providing a digital agent movement manipulator capable of efficiently moving and working in an indoor environment and a method of operating the same. .

일 실시예에 따른 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터는, 영상 정보를 취득하는 촬영부와, 상기 촬영부의 회전 각도를 제어하는 각도 제어부가 구성되는 머리부; 및 상기 머리부의 하부에 배치되며, 작업을 위한 복수의 관절이 형성된 매니퓰레이터가 구성되는 몸통부를 포함하고, 상기 머리부의 상기 각도 제어부는 상기 몸통부와 독립적으로 상기 촬영부를 회전시킬 수 있다. The digital agent movement manipulator according to an embodiment includes: a head unit including a photographing unit acquiring image information and an angle control unit controlling an angle of rotation of the photographing unit; And a body part disposed under the head part and comprising a manipulator having a plurality of joints for work, and the angle control part of the head part can rotate the imaging part independently of the body part.

상기 몸통부의 하부에 배치되며, 이동을 위한 적어도 하나 이상의 휠이 구성되는 다리부를 더 포함하여 이루어질 수 있다. It is disposed on the lower portion of the body, it may be made to further include a leg portion that is configured at least one or more wheels for movement.

상기 머리부의 상기 촬영부는, 주변의 영상을 획득하여 통신 모듈을 통해 사용자에게 전송하는 카메라일 수 있다. The photographing unit of the head portion may be a camera that acquires the surrounding image and transmits it to a user through a communication module.

상기 머리부는, 로봇 얼굴을 표시하고, 대화 시 기설명된 정보를 바탕으로 표정을 나타내는 디스플레이 모듈을 더 포함할 수 있다. The head portion may further include a display module displaying a robot face and displaying an expression based on information previously described in a conversation.

상기 디스플레이 모듈은, 특정 사람 또는 고유의 외형 또는 성격을 디지털(Digital) DNA(Deoxyribonucleic Acid)를 기반으로 생성하여 구현하고, 대화 시 주변 환경에 대한 상황 정보(context)를 추론하여 표정에 반영하여 사용자와 상호작용 할 수 있다. The display module generates and implements a specific person or unique appearance or personality based on digital DNA (Deoxyribonucleic Acid), and deduces context information about the surrounding environment during conversation and reflects it on the user's face Can interact with.

상기 디스플레이 모듈은, 로봇 얼굴을 통해 대화 시 표정 및 입 모양을 표시하는 디스플레이부; 외부의 음성을 인식하는 마이크; 음성을 출력하는 스피커; 및 상기 마이크를 통해 인식한 음성을 분석하고, 상기 인식한 음성 또는 상기 촬영부를 통해 획득한 영상을 통해 상황 정보를 획득하여 상기 스피커를 통해 출력할 음성과 상기 디스플레이부를 통해 표시할 로봇 얼굴, 표정 및 입 모양을 결정하는 제어부를 포함할 수 있다. The display module includes a display unit that displays an expression and a mouth shape during a conversation through a robot face; A microphone that recognizes external voice; A speaker that outputs voice; And a robot face, facial expression, to analyze voice recognized through the microphone, obtain context information through the recognized voice or an image obtained through the photographing unit, and output voice through the speaker and display through the display unit. It may include a control unit for determining the shape of the mouth.

그리고 상기 디스플레이 모듈은, 태블릿(tablet) PC로 이루어지며, 상기 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터는, 휠 베이스 상부에 상기 매니퓰레이터가 구성된 몸통부가 형성되고, 상기 태블릿 PC를 부착됨에 따라 좁은 공간을 차지하도록 구현되어 실내 환경 또는 좁은 환경에서 효율적인 이동과 작업이 가능하다. And the display module is made of a tablet (tablet) PC, the digital agent mobile manipulator is implemented to occupy a small space as the body is formed, the manipulator is formed on the top of the wheel base, attached to the tablet PC indoors Efficient movement and work is possible in an environment or a narrow environment.

상기 머리부의 상기 각도 제어부는, 팬 및 틸트 기능의 모터를 이용해 회전 각도를 제어할 수 있다. The angle control unit of the head may control a rotation angle using a motor having a pan and tilt function.

상기 몸통부는, 상기 매니퓰레이터를 작업 위치로 움직이기 위한 제어를 수행하는 제1 회전 작업 모터; 및 상기 제1 회전 작업 모터와 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 제1 회전 작업 모터와 연동하여 서로 반대로 동작하는 제2 회전 작업 모터를 포함하고, 상기 제1 회전 작업 모터 및 상기 제2 회전 작업 모터는 하나의 쌍으로 이루어져 상기 매니퓰레이터의 회전 작업과 상기 머리부의 회전이 독립적으로 이루어지도록 할 수 있다. The body portion may include: a first rotating working motor that performs control for moving the manipulator to a working position; And a second rotating working motor which is arranged to be spaced apart from the first rotating working motor at a predetermined distance and works in opposition to the first rotating working motor, and includes the first rotating working motor and the second rotating working motor. Is made of a pair so that the rotation operation of the manipulator and the rotation of the head are made independently.

상기 몸통부는, 상기 매니퓰레이터의 말단에 작업을 위한 엔드 이펙터(end effector)가 부착될 수 있다. An end effector for working may be attached to the end of the manipulator.

상기 다리부는, 사용자의 원격 조종에 따라 상기 휠을 통한 이동 방향 및 속도를 조절하고, 상기 각도 제어부의 회전 각도와 상기 매니퓰레이터의 동작을 제어하는 동작 제어부를 더 포함할 수 있다. The leg unit may further include an operation control unit that controls a movement direction and speed through the wheel according to a user's remote control, and controls a rotation angle of the angle control unit and an operation of the manipulator.

상기 디스플레이 모듈은, 사용자 단말과 연결되어 실시간으로 사용자의 상황 정보를 추론한 결과를 전달 받아 AE 로봇의 성격, 외형 및 음성과 관련되어 인코딩된 상기 디지털 DNA를 따르는 표정을 디스플레이 하거나 음성을 출력하고, 상기 사용자 단말은, 상기 사용자의 단말로부터 수집된 센서 데이터로부터 선별된 특징을 추출하고 QEA-NN(Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network)을 이용하여 실시간으로 상기 사용자의 상황 정보를 추론할 수 있다. The display module is connected to a user terminal and receives the result of inferring the user's context information in real time to display an expression conforming to the digital DNA encoded in relation to the character, appearance, and voice of the AE robot or to output a voice, The user terminal can extract the selected features from the sensor data collected from the user's terminal and infer the situation information of the user in real time using a QEA-NN (Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network). .

상기 사용자 단말은, 어플리케이션의 실행을 통해 상기 디스플레이 모듈과 연결되며, 학습된 신경망을 사용하여 위치, 사용자 행동, 스마트 폰 상태 정보 및 시간 정보와 관련된 상기 사용자의 상황 정보를 실시간으로 추론하고, 사용자가 특정 디지털 DNA를 선택함에 따라 상기 디지털 DNA로 인코딩된 성격, 외형 및 음성에 대한 정보를 상기 디스플레이 모듈로 전송할 수 있다. The user terminal is connected to the display module through execution of an application, and uses the learned neural network to infer real-time context information of the user related to location, user behavior, smart phone status information, and time information, and the user By selecting a specific digital DNA, information on personality, appearance, and voice encoded with the digital DNA can be transmitted to the display module.

상기 디스플레이 모듈은, 선택된 상기 디지털 DNA를 상기 사용자 단말로부터 전송 받아 성격, 외형 및 음성을 표현하며, 성격 DNA를 기반으로 빅 5 성격 모델에 따라 경험에 대한 개방성(openness), 성실성(conscientiousness), 외향성(extraversion), 친화성(agreeableness) 및 신경성(neuroticism)의 5 가지 특성으로 나타내어 성격을 결정하고, 외형 DNA를 기반으로 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)을 통한 차원 감소 방법을 사용하여 3차원 모델 얼굴을 생성하며, 음성 DNA를 기반으로 상기 사용자 단말로부터 생성된 응답을 음성 여기 신호와 보컬 트랙 스펙트럼 모델을 이용하여 고유한 음성 또는 특정 개인과 유사한 음성으로 출력할 수 있다. The display module receives the selected digital DNA from the user terminal and expresses personality, appearance, and voice, and is based on personality DNA based on the Big 5 personality model, openness, conscientiousness, and extroversion to experience. 3D model using dimensionality reduction method through Principal Component Analysis (PCA) based on external DNA to determine personality by expressing with 5 characteristics of (extraversion), affinity, and neuroticism A face is generated, and a response generated from the user terminal based on the voice DNA can be output as a unique voice or a voice similar to a specific individual using a voice excitation signal and a vocal track spectrum model.

다른 실시예에 따른 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터는, 매니퓰레이터 및 상기 매니퓰레이터에 설치되고, 사용자 단말과 연결되어 실시간으로 주변 환경에 대한 사용자의 상황 정보를 추론한 결과를 전달 받아, AE 로봇의 성격, 외형 및 음성과 관련되어 인코딩된 디지털(Digital) DNA(Deoxyribonucleic Acid)를 따르는 표정을 디스플레이 하거나 음성을 출력하는 디스플레이 모듈을 포함할 수 있다. The digital agent mobile manipulator according to another embodiment is installed on the manipulator and the manipulator and is connected to a user terminal to receive the result of inferring the user's context information about the surrounding environment in real time, the personality, appearance and voice of the AE robot It may include a display module that outputs a voice or displays an expression conforming to an encoded digital DNA (Deoxyribonucleic Acid).

상기 사용자 단말은, 어플리케이션의 실행을 통해 상기 디스플레이 모듈과 연결되며, 상기 사용자의 단말로부터 수집된 센서 데이터로부터 선별된 특징을 추출하고 QEA-NN(Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network)을 이용하여 실시간으로 상기 사용자의 상황 정보를 추론하고, 사용자가 특정 디지털 DNA를 선택함에 따라 상기 디지털 DNA로 인코딩된 성격, 외형 및 음성에 대한 정보를 상기 디스플레이 모듈로 전송할 수 있다. The user terminal is connected to the display module through execution of an application, extracts selected features from sensor data collected from the user's terminal, and uses QEA-NN (Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network) The user's context information can be inferred in real time, and as the user selects a specific digital DNA, information on personality, appearance, and voice encoded with the digital DNA can be transmitted to the display module.

상기 디스플레이 모듈은, 선택된 상기 디지털 DNA를 상기 사용자 단말로부터 전송 받아 성격, 외형 및 음성을 표현하며, 성격 DNA를 기반으로 빅 5 성격 모델에 따라 경험에 대한 개방성(openness), 성실성(conscientiousness), 외향성(extraversion), 친화성(agreeableness) 및 신경성(neuroticism)의 5 가지 특성으로 나타내어 성격을 결정하고, 외형 DNA를 기반으로 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)을 통한 차원 감소 방법을 사용하여 3차원 모델 얼굴을 생성하며, 음성 DNA를 기반으로 상기 사용자 단말로부터 생성된 응답을 음성 여기 신호와 보컬 트랙 스펙트럼 모델을 이용하여 고유한 음성 또는 특정 개인과 유사한 음성으로 출력할 수 있다. The display module receives the selected digital DNA from the user terminal and expresses personality, appearance, and voice, and is based on personality DNA based on the Big 5 personality model, openness, conscientiousness, and extroversion to experience. 3D model using dimensionality reduction method through Principal Component Analysis (PCA) based on external DNA to determine personality by expressing with 5 characteristics of (extraversion), affinity, and neuroticism A face is generated, and a response generated from the user terminal based on the voice DNA can be output as a unique voice or a voice similar to a specific individual using a voice excitation signal and a vocal track spectrum model.

실시예들에 따르면 로봇이 단순 작업만 하는 것이 아니라, 로봇 주변의 사람들과 상호작용을 하도록 특정 사람의 외형, 성격을 디지털(Digital) DNA를 기반으로 생성하여 그 생명체를 매니퓰레이터에 구현함으로써, 로봇이 대화 시 주변 환경에 대한 상황 정보를 추론하여 표정에 반영하여 사용자와 상호작용을 할 수 있는 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다. According to the embodiments, the robot is not only a simple task, but a robot is generated by generating a person's appearance and personality based on digital DNA and interacting with people around the robot to implement the creature in a manipulator. It is possible to provide a digital agent mobile manipulator that can interact with a user by inferring context information about the surrounding environment in a conversation and reflecting it on an expression, and a method of operating the same.

또한, 실시예들에 따르면 휠 베이스 위에 매니퓰레이터를 구성하고 태블릿 로봇 얼굴과 카메라를 부착하여 전체적으로 좁은 공간을 차지하도록 구현함으로써, 실내 환경에서 효율적인 이동과 작업이 가능한 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다. In addition, according to embodiments, a manipulator is configured on a wheel base and a tablet robot face and a camera are attached to implement a space that occupies a small space, thereby providing a digital agent movement manipulator capable of efficient movement and operation in an indoor environment and a method of operating the same can do.

도 1은 일 실시예에 따른 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 학습 알고리즘 최적화를 위한 QEA를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 QEA-NN를 사용한 성격 DNA의 인코딩을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 텍스처를 재구성하는데 사용되는 인간의 얼굴 이미지와 대상 얼굴의 3차원 형상의 선형 조합을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 얼굴의 3차원 모델 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 음성 DNA 기반 음성 합성 시스템을 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 QEA-NN을 사용한 상황 정보 인식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 상황 정보 인식을 위한 QEA-NN의 트레이닝 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 AE 로봇의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 로봇 플랫폼의 예를 나타낸다.
도 11은 일 실시예에 따른 에이전트의 다양한 성격에 따른 제스처의 강도를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 에이전트의 다양한 상황 정보 및 성격에 따른 표현의 강도를 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 분노 시나리오에 대한 표현을 수행하는 비디오 클립의 스냅샷의 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 인사말 시나리오에 대한 표현을 수행하는 비디오 클립의 스냅샷의 예를 나타내는 도면이다.
1 is a diagram schematically showing a digital agent movement manipulator according to an embodiment.
2 is a diagram for explaining QEA for learning algorithm optimization according to an embodiment.
3 is a diagram for explaining encoding of personality DNA using QEA-NN according to an embodiment.
4 is a diagram illustrating a linear combination of a 3D shape of a human face image and a target face used to reconstruct a texture according to an embodiment.
5 is a view showing a result of a 3D model of a face according to an embodiment.
6 shows a speech DNA-based speech synthesis system according to an embodiment.
7 is a diagram for describing context information recognition using QEA-NN according to an embodiment.
8 is a diagram illustrating a training result of QEA-NN for context information recognition according to an embodiment.
9 is a diagram schematically showing the structure of an AE robot according to an embodiment.
10 shows an example of a robot platform according to an embodiment.
11 is a diagram illustrating the strength of a gesture according to various characteristics of an agent according to an embodiment.
12 is a diagram illustrating the intensity of expression according to various situation information and personality of an agent according to an embodiment.
13 is a diagram illustrating an example of a snapshot of a video clip that performs expression for an anger scenario according to an embodiment.
14 is a diagram illustrating an example of a snapshot of a video clip performing expression for a greeting scenario according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the described embodiments may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for a more clear description.

아래의 실시예들은 전방향(omni-directional) 작업이 가능함과 동시에 감성 기반 대화가 가능한 소셜 로봇 에이전트를 통합하는 새로운 이동 매니퓰레이터(manipulator) 플랫폼이다. The following embodiments are a new mobile manipulator platform that integrates a social robot agent capable of omni-directional work and at the same time capable of emotion-based conversation.

본 발명은 이동 매니퓰레이터 설계와 그 기능에 관한 것이다. 발명의 세부 내용은 다음과 같다.The present invention relates to a mobile manipulator design and its function. The details of the invention are as follows.

실내 환경에서 효율적인 이동과 작업이 가능해야 한다. 이를 위해, 휠 하체부에 전방향 작업이 가능한 다관절 매니퓰레이터를 부착한다. 그리고 원격으로 로봇을 조종하기 위해 로봇의 주변 상황을 인식하고 사용자에게 전송할 카메라를 부착한다. Efficient movement and work must be possible in an indoor environment. To this end, a multi-joint manipulator capable of omni-directional operation is attached to the lower body of the wheel. In addition, to control the robot remotely, it recognizes the surroundings of the robot and attaches a camera to be transmitted to the user.

로봇이 단순 작업만 하는 것이 아니라, 로봇 주변의 사람들과 상호작용을 한다. 특정 사람의 외형, 성격을 디지털(Digital) DNA를 기반으로 생성하여 그 생명체를 매니퓰레이터에 구현한다. 이에 따라 로봇이 대화할 때 표정을 짓고 행동을 하고 주변 환경에 대한 상황 정보(context)를 추론하여 이 또한 대화 시 표정에 반영하는 기능을 구현한다. 이를 구현하고 표현하기 위해 태블릿(tablet) PC 기반의 로봇 얼굴을 부착한다. Robots do not just do simple tasks, they interact with people around them. Creates a person's appearance and personality based on digital DNA and embodies the creature in a manipulator. Accordingly, the robot makes a facial expression and acts when talking, infers context information about the surrounding environment, and also implements a function that is reflected in the facial expression during the conversation. To implement and express this, a tablet PC-based robot face is attached.

실내 공간에서 효율적으로 행동하기 위해 로봇의 설계를 최대한 간결하게 해야 한다. 이를 위해 휠베이스 위에 매니퓰레이터를, 그리고 그 위에 태블릿 로봇 얼굴과 카메라를 부착하여 전체적으로 좁은 공간만 차지하게 한다. 하지만, 상호작용하고 주변을 인식할 때, 작업하고 있는 매니퓰레이터의 영향을 받지 않기 위해, 매니퓰레이터와 독립적으로 움직일 수 있도록 설계한다.
In order to behave effectively in an indoor space, the design of the robot should be as compact as possible. To this end, a manipulator is mounted on the wheel base, and a tablet robot face and a camera are attached thereon to occupy only a small space. However, when interacting and recognizing the surroundings, it is designed to move independently of the manipulator, so as not to be influenced by the manipulator at work.

도 1은 일 실시예에 따른 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터를 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 is a diagram schematically showing a digital agent movement manipulator according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터(100)는 머리부(120), 몸통부(110) 및 다리부(130)를 포함하여 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 1, the digital agent movement manipulator 100 according to an embodiment may include a head part 120, a body part 110, and a leg part 130.

머리부(120)는 촬영부 및 각도 제어부(123)가 구성될 수 있으며, 실시예에 따라 디스플레이 모듈(121)을 더 포함할 수 있다. 또한 머리부(120)는 촬영부 및/또는 디스플레이 모듈(121)을 고정하기 위한 프레임(122)을 더 포함할 수 있다. The head 120 may include a photographing unit and an angle control unit 123, and may further include a display module 121 according to an embodiment. In addition, the head unit 120 may further include a frame 122 for fixing the photographing unit and / or the display module 121.

촬영부는 영상 정보를 취득할 수 있다. 예컨대, 촬영부는 주변의 영상을 획득하여 통신 모듈을 통해 사용자에게 전송하는 카메라일 수 있다. The photographing unit may acquire image information. For example, the photographing unit may be a camera that acquires the surrounding image and transmits it to a user through a communication module.

각도 제어부(123)는 촬영부의 회전 각도를 제어할 수 있다. 예컨대, 각도 제어부(123)는, 팬 및 틸트 기능의 모터를 이용해 회전 각도를 제어할 수 있다. The angle control unit 123 may control the rotation angle of the photographing unit. For example, the angle control unit 123 may control a rotation angle using a motor having a pan and tilt function.

그리고, 디스플레이 모듈(121)은 로봇 얼굴을 표시하고, 대화 시 기설명된 정보를 바탕으로 표정을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 디스플레이 모듈(121)은 특정 사람 또는 고유의 외형 또는 성격을 디지털 DNA(Deoxyribonucleic Acid)를 기반으로 생성하여 구현하고, 대화 시 주변 환경에 대한 상황 정보를 추론하여 표정에 반영하여 사용자와 상호작용 할 수 있다. In addition, the display module 121 may display a robot face and display an expression based on previously described information in a conversation. More specifically, the display module 121 generates and implements a specific person or a unique appearance or personality based on digital DNA (Deoxyribonucleic Acid), induces context information about the surrounding environment in a conversation, and reflects it in a facial expression. Can interact.

예를 들어, 디스플레이 모듈(121)은 디스플레이부, 마이크, 스피커 및 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 디스플레이 모듈(121)에 촬영부가 포함될 수도 있다. For example, the display module 121 may include a display unit, a microphone, a speaker, and a control unit. Meanwhile, a photographing unit may be included in the display module 121.

디스플레이부는 로봇 얼굴을 통해 대화 시 표정 및 입 모양을 표시할 수 있으며, 스피커는 외부의 음성을 인식할 수 있고, 스피커는 음성을 출력할 수 있다. 그리고 제어부는 마이크를 통해 인식한 음성을 분석하고, 인식한 음성 또는 촬영부를 통해 획득한 영상을 통해 상황 정보를 획득하여 스피커를 통해 출력할 음성과 디스플레이부를 통해 표시할 로봇 얼굴, 표정 및 입 모양을 결정할 수 있다. The display unit may display an expression and a mouth shape during a conversation through a robot face, the speaker may recognize external voice, and the speaker may output voice. In addition, the controller analyzes the voice recognized through the microphone, acquires context information through the recognized voice or the image acquired through the photographing unit, and displays the voice to be output through the speaker and the robot face, facial expression, and mouth shape to be displayed through the display unit. Can decide.

특히, 디스플레이 모듈(121)은 태블릿 PC로 이루어질 수 있다. 이에 따라 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터는 휠 베이스 상부에 매니퓰레이터(111)가 구성된 몸통부(110)가 형성되고, 태블릿 PC를 부착됨에 따라 좁은 공간을 차지하도록 구현되어 실내 환경 또는 좁은 환경에서 효율적인 이동과 작업이 가능하다. In particular, the display module 121 may be formed of a tablet PC. Accordingly, the digital agent movement manipulator is formed to occupy a small space as the body portion 110 is formed with the manipulator 111 formed on the top of the wheel base, and is attached to the tablet PC, thereby enabling efficient movement and work in an indoor environment or in a narrow environment. It is possible.

이러한 디스플레이 모듈(121)은 사용자 단말과 연결되어 실시간으로 사용자의 상황 정보를 추론한 결과를 전달 받아 AE 로봇의 성격, 외형 및 음성과 관련되어 인코딩된 디지털 DNA를 따르는 표정을 디스플레이 하거나 음성을 출력할 수 있다. The display module 121 is connected to a user terminal and receives a result of inferring the user's context information in real time to display an expression conforming to the digital DNA encoded in relation to the character, appearance, and voice of the AE robot or to output a voice. You can.

한편, 사용자 단말은 사용자의 단말로부터 수집된 센서 데이터로부터 선별된 특징을 추출하고 QEA-NN(Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network)을 이용하여 실시간으로 사용자의 상황 정보를 추론할 수 있다. Meanwhile, the user terminal can extract the selected features from the sensor data collected from the user's terminal and infer the user's context information in real time using a Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network (QEA-NN).

보다 구체적으로, 사용자 단말은 어플리케이션의 실행을 통해 디스플레이 모듈(121)과 연결되며, 학습된 신경망을 사용하여 위치, 사용자 행동, 스마트 폰 상태 정보 및 시간 정보와 관련된 사용자의 상황 정보를 실시간으로 추론할 수 있다. 그리고 사용자가 특정 디지털 DNA를 선택함에 따라 디지털 DNA로 인코딩된 성격, 외형 및 음성에 대한 정보를 디스플레이 모듈(121)로 전송할 수 있다. More specifically, the user terminal is connected to the display module 121 through the execution of the application, and uses the learned neural network to infer the user's context information related to location, user behavior, smart phone status information, and time information in real time. You can. In addition, as the user selects a specific digital DNA, information on personality, appearance, and voice encoded with digital DNA may be transmitted to the display module 121.

디스플레이 모듈(121)은 선택된 디지털 DNA를 사용자 단말로부터 전송 받아 성격, 외형 및 음성을 표현할 수 있다. 즉, 성격 DNA를 기반으로 빅 5 성격 모델에 따라 경험에 대한 개방성(openness), 성실성(conscientiousness), 외향성(extraversion), 친화성(agreeableness) 및 신경성(neuroticism)의 5 가지 특성으로 나타내어 성격을 결정하고, 외형 DNA를 기반으로 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)을 통한 차원 감소 방법을 사용하여 3차원 모델 얼굴을 생성할 수 있으며, 음성 DNA를 기반으로 사용자 단말로부터 생성된 응답을 음성 여기 신호와 보컬 트랙 스펙트럼 모델을 이용하여 고유한 음성 또는 특정 개인과 유사한 음성으로 출력할 수 있다. The display module 121 may receive the selected digital DNA from the user terminal and express personality, appearance, and voice. In other words, based on personality DNA, personality is determined based on the Big 5 personality model with five characteristics: openness to experience, conscientiousness, extraversion, affinity, and neuroticism. Then, a 3D model face can be generated using a dimensional reduction method through Principal Component Analysis (PCA) based on external DNA, and the response generated from the user terminal based on the speech DNA can be generated with a voice excitation signal. The vocal track spectrum model can be used to output a unique voice or a voice similar to a specific individual.

이러한 기능은 디스플레이 모듈(121), 특히 태블릿 PC 등을 통해 구현될 수 있으나, 별도의 제어 시스템을 통해 구현되는 것도 가능하다. 예컨대 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터의 다리부(130) 또는 몸통부(110)에 구성된 별도의 제어 시스템을 통해 구현되거나, 다리부(130)의 동작 제어부와 함께 구현되는 것도 가능하다. Such a function may be implemented through the display module 121, particularly a tablet PC, but may also be implemented through a separate control system. For example, it may be implemented through a separate control system configured in the leg part 130 or the body part 110 of the digital agent movement manipulator, or may be implemented together with the motion control part of the leg part 130.

몸통부(110)는 머리부(120)의 하부에 배치되며, 작업을 위한 복수의 관절(112)이 형성된 매니퓰레이터(111)가 구성될 수 있다. 이 때, 머리부(120)의 각도 제어부(123)는 몸통부(110)와 독립적으로 촬영부를 회전시킬 수 있다. The body portion 110 is disposed under the head portion 120, and a manipulator 111 having a plurality of joints 112 for work may be configured. At this time, the angle control unit 123 of the head unit 120 may rotate the imaging unit independently of the body unit 110.

이러한 몸통부(110)는 제1 회전 작업 모터(114) 및 제2 회전 작업 모터(115)를 포함할 수 있다. 제1 회전 작업 모터(114)는 매니퓰레이터(111)를 작업 위치로 움직이기 위한 제어를 수행할 수 있다. 그리고 제2 회전 작업 모터(115)는 제1 회전 작업 모터(114)와 소정 간격 이격되어 배치되며, 제1 회전 작업 모터(114)와 연동하여 서로 반대로 동작할 수 있다. 이와 같이 제1 회전 작업 모터(114) 및 제2 회전 작업 모터(115)는 하나의 쌍으로 이루어져 매니퓰레이터(111)의 회전 작업과 머리부(120)의 회전이 독립적으로 이루어지도록 할 수 있다. The body portion 110 may include a first rotating working motor 114 and a second rotating working motor 115. The first rotation work motor 114 may perform control for moving the manipulator 111 to a work position. In addition, the second rotational work motor 115 is arranged to be spaced apart from the first rotational work motor 114 by a predetermined distance, and may operate in opposition to each other in conjunction with the first rotational work motor 114. In this way, the first rotating working motor 114 and the second rotating working motor 115 are formed in a single pair so that the rotating operation of the manipulator 111 and the rotation of the head 120 are independently made.

또한, 몸통부(110)는 매니퓰레이터(111)의 말단에 작업을 위한 엔드 이펙터(end effector)(113)가 부착될 수 있다. In addition, an end effector 113 for working may be attached to the body 110 at the end of the manipulator 111.

다리부(130)는 몸통부(110)의 하부에 배치되며, 이동을 위한 적어도 하나 이상의 휠(131)이 구성될 수 있다. 예컨대 적어도 하나 이상의 휠(131)은 옴니휠로 구성될 수 있다. The leg portion 130 is disposed under the body portion 110, and at least one wheel 131 for movement may be configured. For example, the at least one wheel 131 may be configured as an omni wheel.

또한, 다리부(130)는 사용자의 원격 조종에 따라 휠(131)을 통한 이동 방향 및 속도를 조절하고, 각도 제어부(123)의 회전 각도와 매니퓰레이터(111)의 동작을 제어하는 동작 제어부를 더 포함할 수 있다.
In addition, the leg unit 130 further adjusts the movement direction and speed through the wheel 131 according to the user's remote control, and further includes an operation control unit that controls the rotation angle of the angle control unit 123 and the operation of the manipulator 111. It can contain.

다른 실시예에 따른 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터는 매니퓰레이터 및 디스플레이 모듈을 포함하여 이루어질 수 있다. The digital agent mobile manipulator according to another embodiment may include a manipulator and a display module.

매니퓰레이터는 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터(100)의 몸통부(110) 또는 몸통부(110)의 구성과 동일한 기능을 수행할 수 있으며, 반복되는 설명은 생략하기로 한다. The manipulator may perform the same function as that of the body 110 or the body 110 of the digital agent mobile manipulator 100 according to the above-described embodiment, and repeated description will be omitted.

디스플레이 모듈은 매니퓰레이터에 설치되고, 사용자 단말과 연결되어 실시간으로 주변 환경에 대한 사용자의 상황 정보를 추론한 결과를 전달 받아, AE 로봇의 성격, 외형 및 음성과 관련되어 인코딩된 디지털 DNA를 따르는 표정을 디스플레이 하거나 음성을 출력할 수 있다. The display module is installed on the manipulator, and connected to the user terminal, receives the result of inferring the user's situation information about the surrounding environment in real time, and expresses the expression following the digital DNA encoded in relation to the personality, appearance, and voice of the AE robot. You can display or output audio.

또한, 디스플레이 모듈은 선택된 디지털 DNA를 사용자 단말로부터 전송 받아 성격, 외형 및 음성을 표현할 수 있다. 보다 구체적으로, 성격 DNA를 기반으로 빅 5 성격 모델에 따라 경험에 대한 개방성(openness), 성실성(conscientiousness), 외향성(extraversion), 친화성(agreeableness) 및 신경성(neuroticism)의 5 가지 특성으로 나타내어 성격을 결정하고, 외형 DNA를 기반으로 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)을 통한 차원 감소 방법을 사용하여 3차원 모델 얼굴을 생성하며, 음성 DNA를 기반으로 사용자 단말로부터 생성된 응답을 음성 여기 신호와 보컬 트랙 스펙트럼 모델을 이용하여 고유한 음성 또는 특정 개인과 유사한 음성으로 출력할 수 있다. Also, the display module can receive the selected digital DNA from the user terminal and express personality, appearance, and voice. More specifically, personality is represented by five characteristics of openness, conscientiousness, extraversion, affinity, and neuroticism for experience according to the Big 5 personality model based on personality DNA. Is determined, and a 3D model face is generated using a dimensional reduction method through Principal Component Analysis (PCA) based on the external DNA, and the response generated from the user terminal based on the speech DNA is combined with a voice excitation signal. The vocal track spectrum model can be used to output a unique voice or a voice similar to a specific individual.

여기서, 사용자 단말은 어플리케이션의 실행을 통해 디스플레이 모듈과 연결되며, 사용자의 단말로부터 수집된 센서 데이터로부터 선별된 특징을 추출하고 QEA-NN(Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network)을 이용하여 실시간으로 사용자의 상황 정보를 추론할 수 있다. 그리고 사용자가 특정 디지털 DNA를 선택함에 따라 디지털 DNA로 인코딩된 성격, 외형 및 음성에 대한 정보를 디스플레이 모듈로 전송할 수 있다. Here, the user terminal is connected to the display module through the execution of the application, extracts selected features from sensor data collected from the user's terminal, and uses QEA-NN (Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network) in real time. The user's context information can be inferred. In addition, as the user selects a specific digital DNA, information on personality, appearance, and voice encoded with digital DNA may be transmitted to the display module.

특히, 디스플레이 모듈은 태블릿 PC로 이루어질 수 있으며, 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터(100)의 디스플레이 모듈(121)과 동일한 기능을 수행할 수 있으며, 반복되는 설명은 생략하기로 한다. In particular, the display module may be made of a tablet PC, and may perform the same function as the display module 121 of the digital agent mobile manipulator 100 according to one embodiment described above, and repeated descriptions will be omitted.

이상에서 설명한 바와 같이, 예를 들어 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터는 휠로 구성된 모바일 로봇 플랫폼 상부에 다관절 매니퓰레이터가 탑재되어 있으며, 말단에는 작업을 위한 엔드 이펙터(end effector)가 부착될 수 있다. 다관절 매니퓰레이터를 이용하는 작업을 위한 영상정보 취득을 위해 카메라와 디스플레이 모듈이 매니퓰레이터 상부에 부착되어 있다. 카메라 및 디스플레이 모듈은 팬 및 틸트 모터를 이용해 회전 각도를 제어할 수 있다.As described above, for example, the digital agent movement manipulator is equipped with a multi-joint manipulator on a mobile robot platform composed of a wheel, and an end effector for work may be attached to the end. A camera and a display module are attached to the top of the manipulator to acquire image information for work using a multi-joint manipulator. The camera and display module can control the angle of rotation using a pan and tilt motor.

특히, 두 개의 매니퓰레이터 회전 작업 모터 쌍을 이용해 매니퓰레이터의 회전 작업과 카메라 및 디스플레이 모듈의 팬 회전이 독립적으로 이루어지게 된다. 하부에 위치한 회전 작업 모터가 원하는 매니퓰레이터를 작업 위치로 움직이기 위한 제어를 수행하면 상부에 위치한 회전 작업 모터는 하부의 모터와 연동하여 정확히 반대로 제어된다. 따라서, 매니퓰레이터의 회전 작업은 매니퓰레이터 상부에 위치하는 카메라 및 디스플레이 모듈의 시야각에 영향을 주지 않으며, 팬 모터를 이용한 회전각 제어는 독립적으로 수행된다.In particular, two manipulator rotation operation motor pairs are used to independently rotate the manipulator rotation and the rotation of the camera and display modules. When the rotating working motor located at the bottom performs control to move the desired manipulator to the working position, the rotating working motor located at the upper part is controlled in the opposite direction by interlocking with the lower motor. Therefore, the rotation operation of the manipulator does not affect the viewing angles of the camera and display module located above the manipulator, and rotation angle control using a fan motor is independently performed.

또한 부착된 디스플레이 모듈에 포함된 마이크를 통해 음성을 인식하고, 스피커를 통해 대화를 표현한다. 또한 디스플레이에서 디지털 생명체의 얼굴, 표정, 말 할 때의 입 모양 등을 표현한다. In addition, voice is recognized through a microphone included in the attached display module, and dialogue is expressed through a speaker. In addition, the display expresses the faces, expressions, and mouth shapes of the digital creatures.

따라서 전방향 작업이 가능한 이동 매니퓰레이터를 통해 좁은 실내 공간에서 다양한 작업을 효율적으로 수행할 수 있다. 또한 매니퓰레이터와는 독립적으로 움직이는 카메라 모듈을 사용하여 환경을 인식하고 이에 알맞은 지능적인 작업 수행이 가능하며, 환경 정보를 사용자에게 전송하여 원격 제어 또한 가능하다. 디스플레이 모듈에선 로봇 안에 구현된 디지털 생명체의 성격에 맞게 음성 인식 및 재생, 그리고 이미지를 보여줌으로써 주변 사람과도 다양한 상호작용이 가능하다. 이를 통한 다양한 서비스 제공을 기대할 수 있다. Therefore, various operations can be efficiently performed in a small indoor space through a mobile manipulator capable of omnidirectional operation. In addition, it is possible to recognize the environment by using a camera module that moves independently of the manipulator and perform intelligent tasks appropriate to it, and remote control is also possible by transmitting environmental information to the user. In the display module, it is possible to interact variously with people around it by displaying and recognizing and reproducing images according to the characteristics of the digital creatures implemented in the robot. Through this, various services can be expected to be provided.

이와 같이 실시예들에 따르면 실내 환경에서 매니퓰레이터를 이용한 전방향 작업과 사람과 감성 기반으로 대화하는 소셜 로봇 플랫폼을 제공함으로써, 개인용(personal) 로봇, 가사도우미 로봇, 소셜 로봇 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.According to the embodiments as described above, by providing a social robot platform that communicates on the basis of emotion and interaction with a person using an manipulator in an indoor environment, it can be applied to various fields such as a personal robot, a domestic help robot, and a social robot. have.

아래에서는 상황 정보를 추론하여 표정에 반영하고 사용자와 상호작용 사용자와 상호 작용하는 구성에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
In the following, the configuration in which context information is inferred and reflected in the expression and interacts with the user will be described in more detail.

인간과 정서적으로 상호 작용하기 위해 에이전트 임베디드(Agent Embedded, AE) 시스템은 인간과 유사한 특징을 외부적으로 표현할 뿐만 아니라 성격, 외형 및 음성 등의 인간과 유사한 특징을 내부적으로 통합해야 한다. 이를 위해 AE 로봇의 내부 및 외부 모두에 인간과 유사한 특징을 도입하기 위한 디지털 DNA 개념을 제안한다. 디지털 DNA를 인코딩 및 디코딩함으로써, AE 로봇은 내부 및 외부 모두에 인간과 유사한 특징을 제공받아 인간과 상호 작용할 수 있게 된다. 제안된 Quantum-inspired 진화 알고리즘 기반 신경망(QEA-NN)을 사용하여 사용자의 단말(여기에서는, 스마트 폰을 예를 들어 설명한다)에서 수집된 센서 데이터로부터 핵심 특징을 선택하고 실시간으로 상황 정보를 추론한다. 사용자의 상황 정보는 로봇과 사용자 간의 통신에 동적으로 반영된다. 에이전트 임베디드형 시스템의 효과를 입증하기 위해, KAIST의 Robot Intelligence Technology Lab에서 개발한 인간형 로봇 Mybot을 사용하여 실험을 수행하였다. In order to interact emotionally with humans, the agent embedded (AE) system not only expresses human-like features externally, but also internally integrates human-like features such as personality, appearance, and voice. To this end, we propose a digital DNA concept to introduce human-like features to both the inside and outside of the AE robot. By encoding and decoding digital DNA, AE robots are provided with human-like features both inside and outside, allowing them to interact with humans. Using the proposed Quantum-inspired evolution algorithm-based neural network (QEA-NN), select key features from sensor data collected from the user's terminal (here, for example, a smartphone) and infer context information in real time do. The user's context information is dynamically reflected in the communication between the robot and the user. To demonstrate the effectiveness of the agent embedded system, an experiment was conducted using the humanoid robot Mybot developed by KAIST's Robot Intelligence Technology Lab.

HUMAN 로봇 상호 작용(HUMAN Robot Interaction, HRI)은 로봇 시스템이 특정 상황에 대해 사전에 미리 정의된 단순한 동작을 수행하는 것을 넘어 지속적으로 발전하기 때문에 사회적 지능(social intelligence) 분야에서 중요한 연구 과제 중 하나이다. 사회적 지능은 영장류, 특히 인간의 사회 생활에서 얻어지는 것으로 제안되었다. 더욱이 일부 연구자들은 진화의 결과로 인간은 사회적 지능을 사용하여 자신의 전문 지식을 사회적 영역에서 비 사회적 영역으로 옮길 수 있다고 주장하였다. 따라서 사회적 지능은 부가 기능뿐만 아니라 인간과 유사한 인공 지능(AI)을 개발하기 위한 기본적인 요소로 간주된다.HUMAN Robot Interaction (HRI) is one of the important research tasks in the field of social intelligence because robot systems continue to evolve beyond performing simple predefined motions for specific situations. Social intelligence has been proposed to be obtained from primates, especially human social life. Moreover, some researchers have argued that as a result of evolution, humans can use social intelligence to transfer their expertise from the social to the non-social. Therefore, social intelligence is regarded as a basic factor for developing artificial intelligence (AI) similar to humans as well as additional functions.

HRI는 로봇과의 상호 작용에 사회적 지능을 적용하려는 연구 분야이며, 이러한 의미에서 사회적 로봇이 연구되며 개발되고 있다. 사회적 로봇은 앞에서 설명된 바와 같이 사회적으로 환기시키고(evocative), 사회적으로 위치하며, 사교적이고, 사회적으로 지능적이며, 사회적으로 상호 작용하는 로봇을 포함하여 다양한 측면에서 정의될 수 있다. 사회적 로봇은 아동과의 상호 작용, 노인 간호, 자폐증 치료 등 다양한 분야에서 실제 적용되고 있다. 장기적인 상호 작용과 인간 행동의 의미 및 의도를 이해하는 것 또한, HRI의 관점에서 연구되고 있다.HRI is a research field to apply social intelligence to interaction with robots, and in this sense, social robots are being researched and developed. Social robots can be defined in a variety of ways, including robots that are socially evocative, socially located, social, socially intelligent, and socially interactive as described above. Social robots are practically applied in various fields such as interaction with children, elderly care, and treatment of autism. Understanding the meaning and intent of long-term interactions and human behavior is also being studied from the perspective of HRI.

사회적 로봇에 대한 지속적인 연구가 진행됨과 함께 인간과 같은 로봇의 개발이 진행됨에 따라, 사회적 로봇은 사람들과의 단순한 대화가 가능할 뿐만 아니라 자신의 감정을 표현할 수 있게 되었다. 인간을 모방한 로봇을 개발하여 인간의 행동에 따라 작업을 수행할 수 있는 추가 연구가 수행되어 왔다. 또한, 인간의 성격을 모방할 수 있는 로봇이 개발되었으며, 두 종류의 성격을 나타내는 로봇이 보고되었다.With the continuous research on social robots and the development of human-like robots, social robots are able to express their feelings as well as simple conversation with people. Further research has been conducted to develop robots that mimic humans and perform tasks according to human actions. In addition, robots capable of imitating human personality have been developed, and robots exhibiting two types of personality have been reported.

사회적으로 상호 작용하는 로봇을 위한 사회적 로봇의 정의 또한, 그러한 특성의 표현을 포함한다. 이러한 발전이 지속되어 로봇이 특정 인물의 특성을 모방하기 시작하면 인간은 로봇과의 친밀한 감정적 상호 작용에 참여할 수 있을 뿐만 아니라, 마치 돌아가신 가족이나 연예인 등 실제 사람과 장거리로 의사 소통하는 것처럼 느낄 수도 있다.The definition of social robots for socially interacting robots also includes the expression of such characteristics. As these developments continue and robots begin to emulate the characteristics of a particular person, humans can not only participate in intimate emotional interactions with robots, but also feel as if they are communicating long distances with real people, such as a deceased family member or entertainer .

인간과 같은 특징을 로봇의 내, 외부에 도입하기 위해, 로봇에 삽입되는 에이전트에 대한 디지털 DNA(Digital Deoxyribonucleic Acid) 개념을 제안할 수 있으며, 이 개념은 인공 생명체 유전자 개념에서 영감을 얻은 것이다. 디지털 DNA를 인코딩 및 디코딩함으로써 에이전트 임베디드(AE) 로봇은 내부 및 외부에서 인간과 유사한 기능을 제공받을 수 있으며 인간과 행동을 취하거나 진정으로 상호 작용할 수 있게 된다.In order to introduce human-like features into and out of the robot, a digital DNA (Digital Deoxyribonucleic Acid) concept for an agent inserted into the robot can be proposed, which is inspired by the concept of an artificial life gene. By encoding and decoding digital DNA, agent embedded (AE) robots can be provided with functions similar to humans, both internally and externally, and can take action or truly interact with humans.

사람들이 서로 의사 소통할 때 상황을 인지하고 이를 상호 작용에 적절하게 반영하는 것은 매우 중요하다. 로봇이 자신의 즉각적인 환경에 대한 명시적인 정보뿐만 아니라 사용자의 상황에 대한 의미 있는 정보를 추론할 수 있다면 인간은 감정적으로 로봇과 상호 작용할 수 있게 된다.When people communicate with each other, it is very important to be aware of the situation and properly reflect it in the interaction. If a robot can infer meaningful information about the user's situation as well as explicit information about its immediate environment, humans can interact with the robot emotionally.

여기에서는, 사용자의 상황에 대한 상기와 같은 정보를 참조하기 위해 "상황 정보(context)"라는 용어를 사용한다. 이 문제를 해결하기 위해 사용자의 단말(예컨대, 스마트 폰)에서 수집된 센서 데이터로부터 핵심 기능을 선택하고 실시간으로 상황 정보를 추론하는 QEA-NN(Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network) 최적화(optimization)를 제공한다. 사람들은 하루 종일 스마트 폰을 소지하고 있기 때문에 스마트 장치를 사용하여 사용자의 상황 정보를 보다 정확하게 인식할 수 있다. 에이전트 임베디드는 스마트 폰에서 수집된 센서 데이터를 사용하여 사용자의 상황 정보를 추론하여 AE 로봇과 사용자 간의 통신에 반영할 수 있다.Here, the term "context" is used to refer to the above information about the user's situation. To solve this problem, the QEA-NN (Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network) optimization that selects key functions from the sensor data collected from the user's terminal (eg, a smart phone) and infers context information in real time. ). People have smart phones all day, so smart devices can be used to more accurately recognize user context information. The agent embedded can infer the user's context information using the sensor data collected from the smart phone and reflect it in the communication between the AE robot and the user.

제안된 AE 시스템은 로봇 및 스마트 장치와 같은 하드웨어 플랫폼에 적용될 수 있는 일반적인 시스템으로 설계될 수 있다. 실제로 3차원 아바타를 스마트 폰 및 휴머노이드 로봇의 에이전트로 사용하여 이 시스템을 구현할 수 있다. 일 실시예에서는 AE 시스템이 휴머노이드 로봇에서 구현될 수 있으며, KAIST의 Robot Intelligence Technology Lab에서 개발된 로봇에 대한 시스템의 동작을 실험적으로 증명할 수 있다.The proposed AE system can be designed as a general system that can be applied to hardware platforms such as robots and smart devices. In fact, this system can be implemented using a 3D avatar as an agent for a smart phone and a humanoid robot. In one embodiment, the AE system may be implemented in a humanoid robot, and experimentally prove the operation of the system for a robot developed in KAIST's Robot Intelligence Technology Lab.

아래에서는, 먼저 QEA-NN을 설명하기 위한 예비 정보를 제시하며, QEA-NN은 시스템에서 두 번 적용된다. 그리고 디지털 DNA의 개념 및 상황 인식 모듈을 설명하며, 시스템이 로봇 플랫폼에서 어떻게 설계되고 구축되는지, 그리고 HRI 어플리케이션으로 실험된 결과를 보여준다.
In the following, first, preliminary information for explaining QEA-NN is presented, and QEA-NN is applied twice in the system. It also explains the concept and context recognition module of digital DNA, shows how the system is designed and built on a robot platform, and the results of experiments with HRI applications.

도 2는 일 실시예에 따른 학습 알고리즘 최적화를 위한 QEA를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a diagram for explaining QEA for learning algorithm optimization according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 학습 알고리즘 최적화를 위한 QEA를 나타내는 것으로, 여기서 신경망은 QEA-NN의 학습 알고리즘으로 사용된다. QEA-NN은 모든 세트(set) 중에서 핵심 기능을 입력으로 선택하고, QEA(Quantum-inspired Evolutionary Algorithm)(비특허문헌 1)를 사용하여 최적화된 신경망을 트레이닝 시킬 수 있다. 신경망의 입력으로 여러 기능이 제공되는 경우 QEA는 기존 최적화 알고리즘보다 빠르게 수렴하고 거의 로컬 최소로 떨어진다.Referring to FIG. 2, it shows a QEA for learning algorithm optimization, where a neural network is used as a learning algorithm for QEA-NN. QEA-NN selects a core function as an input from all sets and can train an optimized neural network using QEA (Quantum-inspired Evolutionary Algorithm) (non-patent document 1). When multiple functions are provided as inputs to the neural network, QEA converges faster than the existing optimization algorithm and almost falls to the local minimum.

QEA-NN은 다음과 같은 m 개의 Q 비트(bit) 세트를 사용할 수 있으며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.QEA-NN can use m sets of Q bits as follows, and can be expressed as the following equation.

[식 1][Equation 1]

Figure 112017127607577-pat00001
Figure 112017127607577-pat00001

여기에서, m은 각 발생(generation) t마다의 인구 규모이다. 각각의 Q 비트 원소(individual),

Figure 112017127607577-pat00002
는 다음과 같이 n 개의 Q 비트로 구성된다.Here, m is the population size for each generation t . Each Q bit element (individual),
Figure 112017127607577-pat00002
Is composed of n Q bits as follows.

[식 2][Equation 2]

Figure 112017127607577-pat00003
Figure 112017127607577-pat00003

여기서, 각 Q 비트는

Figure 112017127607577-pat00004
와 같이 표현되며, 이 행렬에서 nj = 1, 2, ..., nk = 1, 2, ..., m 특징의 개수이다.Where each Q bit is
Figure 112017127607577-pat00004
It is expressed as follows, where n is the number of j = 1, 2, ..., n and k = 1, 2, ..., m features.

각 Q 비트에 대해,

Figure 112017127607577-pat00005
는 대응하는 k 번째 특징이 입력으로서 사용될 확률을 제공하고,
Figure 112017127607577-pat00006
k 번째 특징이 입력으로 사용되지 않을 확률을 제공하므로,
Figure 112017127607577-pat00007
이 된다. 각각의 Q 비트
Figure 112017127607577-pat00008
는 관찰된 상태
Figure 112017127607577-pat00009
로서 2진수를 갖는다. For each Q bit,
Figure 112017127607577-pat00005
Gives the probability that the corresponding k- th feature will be used as input,
Figure 112017127607577-pat00006
Gives the probability that the kth feature will not be used as input,
Figure 112017127607577-pat00007
It becomes. Each Q bit
Figure 112017127607577-pat00008
The observed state
Figure 112017127607577-pat00009
As has a binary number.

아래와 같이, 값이 1이면 해당 k 번째 특징이 신경망의 입력으로 사용되고, 값이 0이면 사용되지 않는다. n 개의 관측된 상태는 대응하는 Q 비트 개체인

Figure 112017127607577-pat00010
에 대한 이진 개체
Figure 112017127607577-pat00011
를 구성하고, m 개의 이진 개체 집합 X(t)는 각각 m 개의 Q 비트 개체 Q(t)에 해당하며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.As shown below, if the value is 1, the corresponding k- th feature is used as the input of the neural network, and if the value is 0, it is not used. n observed states are corresponding Q bit entities
Figure 112017127607577-pat00010
For binary objects
Figure 112017127607577-pat00011
And m binary object sets X ( t ) each correspond to m Q bit objects Q ( t ), and may be expressed as follows.

[식 3][Equation 3]

Figure 112017127607577-pat00012
Figure 112017127607577-pat00012

여기서,

Figure 112017127607577-pat00013
, j = 1, 2, ..., nk = 1, 2, ..., m는 이진수이다.here,
Figure 112017127607577-pat00013
, j = 1, 2, ..., n and k = 1, 2, ..., m are binary.

적합도 함수(fitness function)는 다음과 같이 신경망의 오차 및 입력으로 사용된 특징 수(number of features)의 합으로 정의되며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.The fitness function is defined as the sum of the error of the neural network and the number of features used as input as follows, and can be expressed as the following equation.

[식 4][Equation 4]

Figure 112017127607577-pat00014
Figure 112017127607577-pat00014

여기서,

Figure 112017127607577-pat00015
는 레이블이
Figure 112017127607577-pat00016
인 경우 각 특징에 대한 생성에서 신경망으로부터 측정된 오차이며,
Figure 112017127607577-pat00017
는 신경망의 출력이고, 트레이닝된 가중치 W 및 바이어스 b를 가지는
Figure 112017127607577-pat00018
이며, X는 한 발생에서의 Q 비트 개체의 관측 상태이고,
Figure 112017127607577-pat00019
Figure 112017127607577-pat00020
-norm이다. here,
Figure 112017127607577-pat00015
Has a label
Figure 112017127607577-pat00016
Is the error measured from the neural network in the generation for each feature,
Figure 112017127607577-pat00017
Is the output of the neural network, with trained weights W and bias b
Figure 112017127607577-pat00018
Where X is the observed state of the Q bit entity in one occurrence,
Figure 112017127607577-pat00019
silver
Figure 112017127607577-pat00020
-norm.

앞에서 언급했듯이, Q 비트의 각 관찰된 상태

Figure 112017127607577-pat00021
는 해당 특성이 사용되거나 사용되지 않으면 각각 1 또는 0이므로, 모든 j = 1, 2, ..., n에 대한
Figure 112017127607577-pat00022
의 합계는 값이 1 인
Figure 112017127607577-pat00023
의 수와 동일하다. 즉,
Figure 112017127607577-pat00024
는 신경망의 입력으로 사용되는 특성의 수이다. E 및
Figure 112017127607577-pat00025
은 계수
Figure 112017127607577-pat00026
에 따라 선형적으로 결합된다.As mentioned earlier, each observed state of the Q bit
Figure 112017127607577-pat00021
Is 1 or 0, respectively, if that property is used or not, so for all j = 1, 2, ..., n
Figure 112017127607577-pat00022
The sum of is 1
Figure 112017127607577-pat00023
Is equal to the number of In other words,
Figure 112017127607577-pat00024
Is the number of properties used as input to the neural network. E and
Figure 112017127607577-pat00025
Silver modulus
Figure 112017127607577-pat00026
According to linear combination.

QEA-NN의 모든 프로세스에서 최적의 분류 정확도를 보장하는데 사용될 특성을 선택하는데 사용되는 최적화된 Q 비트는 적합도 함수를 최소화하여 얻을 수 있다.
The optimized Q bit used to select the characteristics to be used to ensure optimal classification accuracy in all processes of QEA-NN can be obtained by minimizing the fitness function.

디지털 DNA는 에이전트의 특성을 정의할 수 있는 유전적 표현을 나타낸다. 로봇을 포함한 AE 시스템은 디지털 DNA를 기반으로 인간처럼 행동할 수 있다. 본 실시예에서는 디지털 DNA가 에이전트에 의해 외부 및 내부적으로 표현되는 특성에 대한 정보를 포함하도록 하였다. 이는 시스템이 인간과 같이 인간과 정서적으로 상호 작용할 수 있게 한다. 감정적인 상호 작용에 큰 영향을 미치는 특성은 대화와 행동으로 표현되는 에이전트의 외형(appearance), 음성(voice) 및 성격(personality)이다.Digital DNA represents a genetic expression that can define the properties of an agent. AE systems, including robots, can act like humans based on digital DNA. In this embodiment, the digital DNA includes information about characteristics expressed externally and internally by the agent. This allows the system to emotionally interact with humans like humans. The characteristics that have a great influence on emotional interaction are the appearance, voice, and personality of the agent expressed in conversation and behavior.

각 특성은 서로 다른 경향을 가지기 때문에 각각에 대한 디지털 DNA는 다른 방식으로 정의될 수 있다. 따라서 디지털 DNA로 인코딩될 사람으로부터 이러한 특징을 추출한 다음 인간처럼 행동하는 에이전트에 의해 특성으로 표현할 수 있다.Because each characteristic has a different tendency, the digital DNA for each can be defined in different ways. Therefore, these characteristics can be extracted from a person to be encoded as digital DNA and then expressed as a characteristic by an agent acting like a human.

정의 1. 특정 에이전트의 특성을 인코딩하는 디지털 DNA는 다음 식과 같이 정의될 수 있다.Definition 1. Digital DNA encoding the properties of a specific agent can be defined as the following equation.

[식 5][Equation 5]

Figure 112017127607577-pat00027
Figure 112017127607577-pat00027

여기에서, N은 인코딩된 특성의 유형에 따라 인코딩된 DNA 구성 요소의 수이다. 본 실시예에서는 하나의 예로써 성격 DNA(Dp), 외형 DNA(Df) 및 음성 DNA(Dv)를 정의한다.Here, N is the number of DNA components encoded according to the type of encoded property. In this example, personal DNA (D p ), external DNA (D f ), and negative DNA (D v ) are defined as examples.

성격 DNA(Personality DNA ( DD pp ))

빅 5 성격 모델에 따르면, 사람의 성격은 경험에 대한 개방성(openness), 성실성(conscientiousness), 외향성(extraversion), 친화성(agreeableness), 신경성(neuroticism) 등 5 가지 특성으로 나타낼 수 있다. 이러한 모델들을 사용하여 에이전트 성격을 부여함으로써 성격 DNA를 생성할 수 있다. DNA를 사용함으로써 각 에이전트의 성격은 각 특성이 얼마나 강한지에 따라 결정될 수 있다. According to the Big 5 personality model, a person's personality can be represented by five characteristics: openness to experience, conscientiousness, extraversion, affinity, and neuroticism. These models can be used to generate personality DNA by assigning agent personality. By using DNA, the nature of each agent can be determined by how strong each property is.

표 1은 스마트 폰으로부터 수집된 로그 데이터의 예를 나타낸다. Table 1 shows an example of log data collected from a smart phone.

[표 1][Table 1]

Figure 112017127607577-pat00028
Figure 112017127607577-pat00028

사람들은 스마트 폰을 사용할 때 특정 패턴을 따르므로, 사람들의 성격에 따라 표 1과 같이 스마트 폰의 로그 데이터와 사용자의 성격 사이의 상관 관계를 유도하고, 이를 적용하여 성격 DNA를 생성할 수 있다. Since people follow a specific pattern when using a smartphone, according to people's personality, as shown in Table 1, a correlation between the log data of the smart phone and the personality of the user can be derived and applied to generate personality DNA.

스마트 폰의 로그 데이터와 사용자의 성격 사이의 상관 관계는 신경망에서 가중치로 표시될 수 있다. The correlation between the log data of the smart phone and the personality of the user can be expressed as a weight in the neural network.

표 2는 스마트 폰 로그 데이터로부터 추출된 특징의 예를 나타낸다. Table 2 shows examples of features extracted from smart phone log data.

[표 2][Table 2]

Figure 112017127607577-pat00029
Figure 112017127607577-pat00029

신경망은 표 2에 나열된 바와 같이 로그 데이터에서 입력으로서 추출된 특징을 포함하고, 빅 5 성격 모델에서 각 특성의 순위가 출력으로 사용될 수 있다. 상관 적분

Figure 112017127607577-pat00030
를 이용하여 산술 평균
Figure 112017127607577-pat00031
, 표준 편차
Figure 112017127607577-pat00032
, 엔트로피
Figure 112017127607577-pat00033
및 프랙털 차원의 로그 데이터로부터 추출한 특징
Figure 112017127607577-pat00034
는 다음 식과 같이 정의될 수 있다. The neural network includes features extracted as input from log data as listed in Table 2, and the ranking of each characteristic in the Big 5 personality model can be used as an output. Correlation integral
Figure 112017127607577-pat00030
Arithmetic mean
Figure 112017127607577-pat00031
, Standard Deviation
Figure 112017127607577-pat00032
, Entropy
Figure 112017127607577-pat00033
And features extracted from fractal-level log data
Figure 112017127607577-pat00034
Can be defined as the following equation.

[식 6][Equation 6]

Figure 112017127607577-pat00035
Figure 112017127607577-pat00035

여기서, Xi는 로그 데이터이고, L은 각 소스의 데이터 수이며, m은 데이터의 산술 평균이고, M은 각 위치 데이터의 특정 위치와 같은 이벤트 수이며, p j j 번째 이벤트가 발생할 확률(예: j 번째 장소를 방문할 확률)이다.

Figure 112017127607577-pat00036
는 프랙탈(fractal) 차원의 특징이다. 상관 관계 차원을 사용하여 두 점을 연결하는 선(선의 길이가 배율 인수(scale factor) R보다 작음)의 수인 C를 계산하고, P는 맵의 모든 점의 수이며,
Figure 112017127607577-pat00037
는 Heaviside 스텝 함수이며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.Here, X i is log data, L is the number of data of each source, m is the arithmetic mean of the data, M is the number of events equal to a specific location of each location data, p j is the probability that the j th event will occur ( Example: probability of visiting the jth place).
Figure 112017127607577-pat00036
Is a characteristic of the fractal dimension. Use the correlation dimension to calculate C, the number of lines connecting the two points (the length of the line is less than the scale factor R), P is the number of all points on the map,
Figure 112017127607577-pat00037
Is a Heaviside step function and can be expressed as the following equation.

[식 7] [Equation 7]

Figure 112017127607577-pat00038
Figure 112017127607577-pat00038

모든 로그 데이터가 사람들의 성격에 영향을 미치는 것은 아니므로, 신경망의 입력에 대한 로그 데이터로부터 추출된 유효 특성이 선택적으로 적용되면 성격 추론이 더욱 정확해진다. 이러한 이유로, 신경망의 입력으로 각 성격에 대한 특징을 선택하고, QEA-NN을 사용하여 각 레이어의 노드 수와 같은 최적화된 구조를 결정할 수 있다. Since not all log data affects people's personality, personality reasoning becomes more accurate when effective characteristics extracted from log data for input of neural networks are selectively applied. For this reason, it is possible to select a feature for each personality as an input of a neural network, and use QEA-NN to determine an optimized structure such as the number of nodes in each layer.

본 실시예에서는 34명의 데이터베이스를 사용하였다. 이들의 성격 정보는 5 가지 성격 테스트 설문 조사로부터 수집되었으며, 스마트 폰 센서 데이터는 50일 동안 수집되었다. In this example, a database of 34 people was used. Their personality information was collected from five personality test surveys, and smartphone sensor data was collected for 50 days.

표 3은 QEA-NN을 사용하여 빅 5 성격 추론의 최적화된 결과를 나타낸다. Table 3 shows the optimized results of Big 5 personality inference using QEA-NN.

[표 3][Table 3]

Figure 112017127607577-pat00039
Figure 112017127607577-pat00039

표 3에서 입력으로 선택된 특성은 각 성격 DNA에 대한 5 가지 성격 특성을 구성하는데 사용되었다. The characteristics selected as inputs in Table 3 were used to construct five personality characteristics for each personality DNA.

도 3은 일 실시예에 따른 QEA-NN를 사용한 성격 DNA의 인코딩을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram for explaining encoding of personality DNA using QEA-NN according to an embodiment.

도 3에 도시된 바와 같이, 각 DNA는 QEA-NN에 의해 선택되고 트레이닝된 각 신경망의 출력으로 표현될 수 있다. 마지막으로, 빅 5의 성격을 표현하는 성격 DNA(Dp)는 다음 식과 같이 정의될 수 있다.As shown in FIG. 3, each DNA can be expressed by the output of each neural network selected and trained by QEA-NN. Finally, the personality DNA (D p ) expressing the personality of the big 5 can be defined as follows.

[식 8][Equation 8]

Figure 112017127607577-pat00040
Figure 112017127607577-pat00040

여기에서,

Figure 112017127607577-pat00041
j = 1, 2, ..., n에 대해 QEA-NN을 사용하여 최적화된 신경망의 입력으로 채택된 특징 중 j 번째 특징의 실제 값이고, n은 선택된 특징의 수이며 Np = n이다.
From here,
Figure 112017127607577-pat00041
Is the actual value of the j th feature among the features adopted as the input of the optimized neural network using QEA-NN for j = 1, 2, ..., n , n is the number of features selected and N p = n .

외형 DNA(External DNA ( DD ff ))

사람들의 외형은 텍스처와 형상을 기반으로 설명될 수 있다. 같은 방식으로, 특히 로봇에 내장된 에이전트가 외형과 표현으로 정의된 특성을 가지고 있으면, AE 로봇이 고유한 얼굴을 가지거나 특정 사람처럼 보이게 할 수도 있다. 이러한 경우, 사람들은 AE 로봇과 감정적인 상호 작용이 더 많아지며, 로봇이 닮은 사람과 의사 소통하는 것처럼 느낄 수 있다.People's appearance can be explained based on texture and shape. In the same way, the AE robot can have a unique face or look like a specific person, especially if the agent embedded in the robot has characteristics defined by appearance and expression. In this case, people have more emotional interactions with the AE robot and can feel as if the robot is communicating with a similar person.

도 4는 일 실시예에 따른 텍스처를 재구성하는데 사용되는 인간의 얼굴 이미지와 대상 얼굴의 3차원 형상의 선형 조합을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a linear combination of a 3D shape of a human face image and a target face used to reconstruct a texture according to an embodiment.

먼저, 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)과 같은 차원 감소 방법을 사용하여 3차원 모델로 얼굴을 재구성할 수 있다(비특허문헌 2). 도 4에 도시된 바와 같이, 2차원 얼굴 영상 데이터베이스가 선형적으로 결합된 방식을 나타내는 계수

Figure 112017127607577-pat00042
는 동일한 사람들에 대한 텍스처 및 3차원 형상 데이터베이스가 각각 선형으로 결합되는 방법을 나타내는 계수로서 사용될 수 있다. 텍스처 T와 형상 S의 특징을 미리 정의된 위치에 대해 추출하고, 각 위치에 대해, 평균값(텍스처에 대한
Figure 112017127607577-pat00043
및 형상에 대한
Figure 112017127607577-pat00044
)을 가산함으로써 대응하는 데이터베이스의 선형 조합으로서의 대상 얼굴을 나타낼 수 있다(비특허문헌 3).First, a face may be reconstructed as a 3D model using a dimensional reduction method such as Principal Component Analysis (PCA) (Non-Patent Document 2). As shown in FIG. 4, a coefficient representing a method in which a two-dimensional face image database is linearly combined.
Figure 112017127607577-pat00042
Can be used as a coefficient indicating how each texture and three-dimensional shape database for the same people are linearly combined. Features of texture T and shape S are extracted for predefined locations, and for each location, the average value (for texture
Figure 112017127607577-pat00043
And for shape
Figure 112017127607577-pat00044
) Can be added to represent the target face as a linear combination of the corresponding database (Non-Patent Document 3).

[식 9][Equation 9]

Figure 112017127607577-pat00045
Figure 112017127607577-pat00045

계산된 계수를 이용하여 에이전트 얼굴의 외형 DNA(Df)를 다음 식과 같이 정의할 수 있다.Using the calculated coefficients, the external DNA (D f ) of the agent's face can be defined as follows.

[식 10][Equation 10]

Figure 112017127607577-pat00046
Figure 112017127607577-pat00046

여기에서,

Figure 112017127607577-pat00047
j = 1, 2, ..., n에 대한 j 번째 데이터에 대한 계수이고, n은 얼굴 재구성을 위해 사용된 이미지 데이터의 수이며, Nf = n이다. From here,
Figure 112017127607577-pat00047
Is a coefficient for j- th data for j = 1, 2, ..., n , n is the number of image data used for facial reconstruction, and N f = n .

도 5는 일 실시예에 따른 얼굴의 3차원 모델 결과를 나타내는 도면이다. 5 is a view showing a result of a 3D model of a face according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 목표 얼굴(a)의 3차원 모델 결과(b)를 나타낼 수 있으며, 보다 구체적으로 외형 DNA를 사용하여 얼굴의 3차원 모델을 에이전트에 대해 구성할 수 있다. 이에 따라 에이전트는 그 형상이 사람처럼 보여진다.Referring to FIG. 5, a 3D model result (b) of the target face (a) may be represented, and more specifically, a 3D model of the face may be configured for the agent using external DNA. Accordingly, the agent looks like a person.

외형 DNA의 또 다른 중요한 역할은 에이전트가 표정으로 감정을 나타낼 수 있게 하는 것이다. 인간과 같은 얼굴을 갖는 것 외에도, 에이전트는 말하기 도중 입을 열거나 감정에 따라 서로 다른 얼굴을 표현할 수 있어야 한다. 이와 같이 구성하면, AE 로봇과 대화하는 사용자는 동반자처럼 더 가까이에서 느낄 수 있게 된다. 이를 달성하기 위해, 위에서 설명한 [식 9]의 계수를 서로 다른 얼굴 표정을 서로 다른 사람의 얼굴 데이터베이스와 함께 사용할 수 있다.
Another important role of appearance DNA is to enable the agent to express emotions with facial expressions. In addition to having a human-like face, the agent must be able to open his mouth while speaking or express different faces depending on his emotions. With this configuration, the user talking to the AE robot can feel closer as a companion. To achieve this, the coefficients of [Equation 9] described above can be used with different facial expressions with different person's face databases.

음성 DNA(Negative DNA ( DD vv ))

인간의 목소리 또한 개개인의 개성을 표현한다. 로봇을 포함해 시스템에 내장된 에이전트가 자신의 목소리를 낼 수 있다면, 사람들은 에이전트와 보다 적극적이고 친밀한 의사 소통을 하는 것처럼 느낄 것이다.The human voice also expresses the individuality of the individual. If the agent built into the system, including the robot, can make its own voice, people will feel more active and intimate communication with the agent.

인간의 목소리는 음성 여기 신호와 보컬 트랙 스펙트럼 모델로 나눌 수 있으며, 각 모델은 특징으로 파라미터화 될 수 있다. 추출된 특징들은 음성 DNA의 성분으로 벡터화된다. 음성 DNA가 HMM(Hidden Markov Model)에 기반한 음성 합성 시스템을 트레이닝 하는데 사용된 후에는 해당 인간의 음성이 시스템에 의해 합성될 수 있다(비특허문헌 4).The human voice can be divided into a voice excitation signal and a vocal track spectrum model, and each model can be parameterized as a feature. The extracted features are vectorized into components of negative DNA. After the negative DNA is used to train a speech synthesis system based on HMM (Hidden Markov Model), the human speech can be synthesized by the system (Non-Patent Document 4).

도 6은 일 실시예에 따른 음성 DNA 기반 음성 합성 시스템을 나타낸다. 6 shows a speech DNA-based speech synthesis system according to an embodiment.

도 6을 참조하면, 각 에이전트에 대해 개별 음성 DNA를 정의할 때, 에이전트는 고유한 음성 또는 특정 개인과 유사한 음성을 가질 수 있게 된다. Referring to FIG. 6, when defining individual negative DNA for each agent, the agent can have a unique voice or a voice similar to a specific individual.

에이전트의 음성에 대한 음성 DNA(Dv)는 다음 식과 같이 정의될 수 있다.The negative DNA (D v ) for the agent's voice can be defined as the following equation.

[식 11] [Equation 11]

Figure 112017127607577-pat00048
Figure 112017127607577-pat00048

여기에서,

Figure 112017127607577-pat00049
j = 1, 2, ..., n 1에 대한 음성 여기 신호로부터 추출된 특징 벡터이고,
Figure 112017127607577-pat00050
j = 1, 2, ..., n 2에 대한 보컬 트랙 스펙트럼 모델로부터 추출된 특징 벡터이며, n 1n 2는 해당 특징 벡터의 구성 요소 수이고, Nv = n 1 + n 2이다.From here,
Figure 112017127607577-pat00049
Is a feature vector extracted from the speech excitation signal for j = 1, 2, ..., n 1 ,
Figure 112017127607577-pat00050
Is a feature vector extracted from the vocal track spectrum model for j = 1, 2, ..., n 2 , n 1 and n 2 are the number of components of the feature vector, and N v = n 1 + n 2 .

사람들이 자신의 개인적인 상황과 그들이 대화하는 동안 대화하고 있는 사람의 상황을 이해할 때, 그들은 보다 자연스럽고 감정적인 방식으로 상호 작용할 수 있게 된다. 로봇을 포함한 AE 시스템은 AE 로봇이 사람의 상황 정보를 인식하고 이해할 수 있다면, 사람이 말하고 감정적으로 의사 소통을 하는 것처럼 느낄 수 있다. 이를 위해 사용자의 상황 정보에 대한 정보를 실시간으로 인식하기 위한 모듈을 구축할 수 있다.When people understand their personal situation and the situation of the person they are talking to while they are talking, they can interact in a more natural and emotional way. An AE system including a robot can feel as if a person is speaking and communicating emotionally if the AE robot is able to recognize and understand human context information. To this end, a module for recognizing information about the user's context information in real time can be constructed.

최근, 사람들은 하루 종일 스마트 폰으로 생활한다. 스마트 폰에 장착된 다양한 센서를 사용하여 사용자의 상황 정보를 인식하게 되면, 실시간으로 해당 상황에 대한 의미 있는 정보를 얻을 수 있다.Recently, people live on their smartphones all day long. When the user's context information is recognized using various sensors mounted on the smart phone, meaningful information on the corresponding situation can be obtained in real time.

이를 위해 스마트 폰에 내장된 센서를 사용하여 사용자의 상황 정보를 유추하고 인식한 다음, 이를 인간 로봇 상호 작용에 적용하는 모듈을 제공할 수 있다. 즉, 사용자와의 상호 작용을 위한 상황 인식 시스템을 구축할 수 있다. 본 실시예에서는 스마트 폰에서 수집된 센서 데이터의 주요 특징을 입력으로 사용하고, 사용자의 상황 정보를 출력으로 사용하는 신경망을 제공할 수 있다. QEA-NN은 입력으로 사용되는 특징을 선택하고 네트워크 구조를 최적화할 수 있다. 전체 모듈은 스마트 폰에 구현될 수 있다. 한편, 여기에서는 스마트 폰을 하나의 예로써 보다 구체적으로 설명하고 있으나, 스마트폰(Smart Phone)뿐만 아니라, 휴대폰, PMP(Portable Multimedia Player), MID(Mobile Internet Device), 데스크톱(Desktop), 태블릿 컴퓨터(Tablet PC), 노트북(Note book), 넷북(Net book) 및 정보통신 기기 등과 같은 다양한 통신 기능을 갖는 단말이 사용될 수 있다. To this end, it is possible to provide a module that infers and recognizes the user's context information using a sensor embedded in the smart phone, and then applies it to human robot interaction. That is, a context recognition system for interaction with a user can be constructed. In this embodiment, it is possible to provide a neural network that uses the main characteristics of sensor data collected from a smart phone as an input and uses context information of a user as an output. QEA-NN can select the features used as input and optimize the network structure. The entire module can be implemented in a smart phone. Meanwhile, a smart phone is described in more detail as an example, but not only a smart phone, but also a mobile phone, a portable multimedia player (PMP), a mobile internet device (MID), a desktop, and a tablet computer (Tablet PC), a notebook (Note book), a netbook (Net book) and a terminal having various communication functions such as an information communication device may be used.

도 7은 일 실시예에 따른 QEA-NN을 사용한 상황 정보 인식을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a diagram for describing context information recognition using QEA-NN according to an embodiment.

스마트 폰 센서 데이터에서 추출할 수 있는 몇 가지 특징이 존재한다. 모든 데이터 중에서 유효한 특징을 선택하는 사용자의 상황 정보 인식 프로세스를 사용하여 추론 정확도를 높일 수 있다. 이를 위해, 인식 신경망의 입력으로 선별된 특징을 선택하고, 도 7에 도시된 바와 같이 QEA-NN을 사용하여 최적의 구조를 갖는 신경망을 구축할 수 있다. QEA-NN을 사용한 상황 정보 인식(700)은 특징 추출(710) 후, QEA-NN(720)을 사용하여 상황 정보 인식(730)을 수행할 수 있다. There are several features that can be extracted from smartphone sensor data. The reasoning accuracy can be increased by using a user's context information recognition process that selects a valid feature from all data. To this end, it is possible to select a feature selected as the input of the recognition neural network, and construct a neural network having an optimal structure using QEA-NN as shown in FIG. 7. The context information recognition 700 using the QEA-NN may perform the context information recognition 730 using the QEA-NN 720 after the feature extraction 710.

예를 들어, 특징 추출(710)을 위해 스마트 폰에서 3축 자이로스코프, 3축 방향, 휘도, 근접도, 잡음, 경도 및 위도에 대한 GPS 등이 포함되는 14 가지 유형의 데이터를 수집할 수 있다.For example, for feature extraction 710, 14 types of data can be collected from a smart phone, including 3-axis gyroscope, 3-axis direction, luminance, proximity, noise, longitude, and latitude GPS. .

그리고 평균

Figure 112017127607577-pat00051
, 분산
Figure 112017127607577-pat00052
, 평균 제곱근
Figure 112017127607577-pat00053
및 평균 절대 편차
Figure 112017127607577-pat00054
의 4 가지 특성 세트인
Figure 112017127607577-pat00055
가 각 센서 데이터 유형에 대해 다음 식과 같이 계산될 수 있다.And average
Figure 112017127607577-pat00051
, Dispersion
Figure 112017127607577-pat00052
, Mean square root
Figure 112017127607577-pat00053
And mean absolute deviation
Figure 112017127607577-pat00054
The four characteristic sets of
Figure 112017127607577-pat00055
Can be calculated as the following equation for each sensor data type.

[식 12][Equation 12]

Figure 112017127607577-pat00056
Figure 112017127607577-pat00056

56개의 추출된 특징을 QEA-NN(720)에 입력하고, 상황 인식을 위한 신경망 입력을 선택할 수 있다. 신경망의 최적화된 구조 또한, QEA-NN을 사용하여 선택될 수 있다. 56 extracted features may be input to the QEA-NN 720, and a neural network input for context recognition may be selected. The optimized structure of the neural network can also be selected using QEA-NN.

도 8은 일 실시예에 따른 상황 정보 인식을 위한 QEA-NN의 트레이닝 결과를 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating a training result of QEA-NN for context information recognition according to an embodiment.

도 8을 참조하면, 적합성 함수를 이용하여 20 발생(generation) 동안 신경망을 최적화하였으며,

Figure 112017127607577-pat00057
로 신경망을 최적화하였다. 마지막으로, 31 개의 특징을 선택하여
Figure 112017127607577-pat00058
정확도를 수행하였다.Referring to FIG. 8, the neural network was optimized for 20 generations using a fitness function,
Figure 112017127607577-pat00057
Optimized the neural network. Finally, by selecting 31 features
Figure 112017127607577-pat00058
Accuracy was performed.

수집된 센서 데이터와 사전 정의된 상황 레이블이 QEA-NN에 사용되었으므로 상황 정보에 대한 신경망을 구축하고 선택 특징을 입력으로 트레이닝 하였다. 이러한 특성을 기반으로, 인식되는 상황 정보는 각각의 특성에 따라 위치, 사용자 행동 및 스마트 폰 상태 정보의 3 가지 클래스로 나뉘며, 각 클래스에는 서로 다른 레이블이 존재한다. 사용된 특징에 대한 정보뿐만 아니라 트레이닝된 (신경)망은 스마트 폰에 저장되고, 센서 데이터가 실시간으로 수집되는 상태에서 신경망에 의해 사용자의 상황 정보가 추론된다. Since the collected sensor data and predefined context labels were used in QEA-NN, we built a neural network for context information and trained optional features as input. Based on these characteristics, the recognized context information is divided into three classes according to each characteristic: location, user behavior, and smartphone status information, and each class has different labels. The trained (neural) network, as well as information about the features used, is stored in the smart phone, and the user's context information is inferred by the neural network while the sensor data is collected in real time.

예를 들어, 4 가지 클래스로 인식되는 상황 정보를 나타낼 수 있다. 즉, 추측된 위치(location), 사용자 행동(user behavior), 스마트 폰 상태 정보(smartphone status information) 및 시간 정보(time information)는 사용자가 최종적으로 인식한 상황 정보이다. 이러한 정보를 사용하여 에이전트의 대화 및 제스처를 생성하고, 인간과 감정적인 상호 작용을 수행할 수 있다.
For example, context information recognized as four classes may be represented. That is, the estimated location, user behavior, smart phone status information, and time information are context information finally recognized by the user. Using this information, you can create an agent's conversations and gestures, and perform emotional interactions with humans.

도 9는 일 실시예에 따른 AE 로봇의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 9 is a diagram schematically showing the structure of an AE robot according to an embodiment.

로봇은 인간과 상호 작용할 뿐만 아니라 인간을 대신하여 작업을 수행하기 위한 것이다. 휴머노이드 로봇이 인간과 감성적으로 소통할 수 있다면 인간과 진정으로 소통할 수 있게 된다. 디지털 DNA와 사용자의 상황 정보를 인식하는 에이전트를 로봇 플랫폼에 통합하여 인간과 상호 작용하는 AE 로봇을 구현할 수 있다. Robots are not only for interacting with humans, but also for performing tasks on behalf of humans. If the humanoid robot can communicate with humans emotionally, it will be able to truly communicate with humans. AE robots that interact with humans can be implemented by integrating digital DNA and agents that recognize the user's context information into the robot platform.

도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 AE 로봇은 스마트 폰에서 센서 데이터를 수집하는 기능을 내장하고 있어야 하므로, 스마트 폰 시스템(910)과 로봇 시스템(920)을 별도로 설계하고 통합하였다. 스마트 폰에 구현된 스마트폰 시스템은 사용자(930)가 말한 것을 인식하고 실시간으로 스마트 폰에서 유추된 사용자 상황 정보와 함께 로봇 시스템(920)으로 전달되는 응답을 생성할 수 있다. 그런 다음, 로봇 시스템(920)은 사용자의 상황 정보에 따라 AE 로봇의 외형, 음성 및 성격과 관련되어 인코딩된 디지털 DNA를 따르는 표정 및 제스처와 결합된 문장을 말할 수 있다(speak).Referring to FIG. 9, since the AE robot according to an embodiment must have a built-in function for collecting sensor data from a smart phone, the smart phone system 910 and the robot system 920 are separately designed and integrated. The smart phone system implemented in the smart phone may recognize what the user 930 has said and generate a response transmitted to the robot system 920 together with the user context information inferred from the smart phone in real time. Then, the robot system 920 may speak sentences associated with facial expressions and gestures that follow the encoded digital DNA in relation to the appearance, voice, and personality of the AE robot according to the user's context information.

스마트 폰 시스템(910)의 상황 정보 인식 모듈은 스마트 폰의 어플리케이션(911)이 시작되면 자동으로 시작되고 AE 로봇에 연결될 수 있다. 이러한 상황 정보 인식 모듈은 스마트 폰에서 센서 데이터를 수집하고 학습된 신경망을 사용하여 위치, 사용자 행동, 스마트 폰 상태 정보 및 시간 정보와 관련된 사용자의 상황 정보를 실시간으로 추론할 수 있다. 사용자(930)가 AE 로봇과 통신하기 전에 특정 디지털 DNA를 선택하면, 디지털 DNA로 인코딩된 성격, 외형 및 음성에 대한 정보가 로봇 시스템(920)으로 전송될 수 있다.The context information recognition module of the smart phone system 910 is automatically started when the application 911 of the smart phone is started and may be connected to the AE robot. The context information recognition module may collect sensor data from a smart phone and infer real-time user context information related to location, user behavior, smart phone status information, and time information using a learned neural network. When the user 930 selects a specific digital DNA before communicating with the AE robot, information on personality, appearance, and voice encoded with the digital DNA may be transmitted to the robot system 920.

대화하는 동안 사용자(930)는 스마트 폰의 마이크를 통해 AE 로봇에게 무엇인가 말할 수 있으며, 음성 인식 모듈은 사용자(930)의 음성을 인식할 수 있다. 그런 다음, 대화 생성 모듈에서 문장과 같은 응답이 생성될 수 있다. 생성된 문장 및 인식된 상황 정보는 AE 로봇으로 전송될 수 있다.During the conversation, the user 930 may speak something to the AE robot through the microphone of the smart phone, and the voice recognition module may recognize the voice of the user 930. Then, a response such as a sentence may be generated in the dialogue generation module. The generated sentence and recognized context information can be transmitted to the AE robot.

로봇 시스템(920)은 AE 로봇 플랫폼에 구현될 수 있으며 디지털 DNA를 표현하고 음성, 표정 및 제스처에 대해 생성된 응답을 전달하는 데 사용될 수 있다. 선택된 디지털 DNA가 스마트 폰으로부터 전송되면, 해당 성격, 외형 및 음성이 표현될 수 있다. 그리고 외형 DNA를 기반으로 구성된 3차원 모델 얼굴이 생성될 수 있다. 생성된 응답이 사용자(930)와 대화하는 동안 수신되면, AE 로봇은 음성 DNA를 표현하는 음성으로 응답을 합성하고 재생할 수 있다. AE 로봇이 말하기를 생성하는 동안 스마트 폰에서 보낸 상황 정보 및 성격 DNA를 기반으로 한 특성에 맞는 제스처(921) 및 표정(922)이 수행될 수 있다.
The robotic system 920 can be implemented on an AE robotic platform and can be used to represent digital DNA and deliver generated responses to voices, facial expressions and gestures. When the selected digital DNA is transmitted from the smart phone, the corresponding personality, appearance and voice can be expressed. In addition, a 3D model face constructed based on external DNA may be generated. If the generated response is received during a conversation with the user 930, the AE robot can synthesize and reproduce the response with a voice representing speech DNA. Gestures 921 and facial expressions 922 that match the characteristics based on the personality DNA and the context information sent from the smart phone may be performed while the AE robot generates speech.

한편, 일시적인 순서로 얼굴 표정을 표현하기 위해 파라미터 편향 바이어스가 적용된 재귀 신경망(Recurrent Neural Network With Parameteric Biases, RNNPB)을 사용할 수 있다. AE 로봇의 상황 정보 및 성격에 따라 특정 감정을 나타내는 표정의 강도가 변경된다. RNNPB에서 감정을 나타내는 원시 얼굴 모델의 수를 결정한 다음, 생성된 얼굴 표정 시퀀스의 강도가 변경된다. 시간 t에서의 얼굴 모델은 시간 t+1에서의 얼굴 모델로 바뀌어 상황 정보와 생성된 감정을 반영한다. RNNPB에서, 시간 tt+1에서의 얼굴 모델은 각각 입력과 출력이다. 상황 정보는 context로 사용되고, 감정은 파라미터 바이어스로 사용될 수 있다.Meanwhile, a recurrent neural network with parameteric biases (RNNPB) to which a facial bias bias is applied may be used to express facial expressions in a temporal order. The intensity of facial expressions representing specific emotions is changed according to the situation information and personality of the AE robot. After determining the number of primitive facial models representing emotions in RNNPB, the intensity of the generated facial expression sequence is changed. Face model at time t reflects the emotions that change the face of the model at time t +1 and generates status information. In RNNPB, the face models at times t and t +1 are input and output, respectively. Context information can be used as context, and emotion can be used as parameter bias.

성격과 반응에 따라 적절한 제스처를 선택하기 위해, 제스처에 대한 몇 가지 범주를 정의했으며 각 범주는 규모에 따라 특정 제스처로 구분된다. 그리고, 선택 프로세스는 다음 식과 같이 수행될 수 있다.To select appropriate gestures based on personality and reaction, several categories of gestures have been defined, and each category is divided into specific gestures by size. And, the selection process can be performed as follows.

[식 13][Equation 13]

Figure 112017127607577-pat00059
Figure 112017127607577-pat00059

여기에서, e j 는 각 성격 특성이 표현 되었는가 여부를 나타내며, 그 값은 2 진수이기 때문에, 성격 특성의

Figure 112017127607577-pat00060
Figure 112017127607577-pat00061
보다 큰 경우 1,
Figure 112017127607577-pat00062
Figure 112017127607577-pat00063
보다 작거나 같은 경우 0이 된다. e는 j = 1, 2, 3, 4, 5에 대한 성분을 e j 로 갖는 성격 DNA로부터 디코딩된 성격 벡터의 표현이다. s는 천이 행렬 H와 e를 곱하여 계산된 각 제스처에 대한 스케일 요소를 요소로 가지며, k는 제스처 범주의 수이고, c는 모든 s 및 l = 1, 2, ..., k의 원소들 중에서 최대 요소의 인덱스인 선택된 제스처이다. 본 실시예에서는 행복, 슬픔, 놀람, 분노, 혐오감의 5 가지 감정을 바탕으로 k = 5로 제스처 카테고리를 정의한다.
Here, e j indicates whether or not each personality characteristic is expressed, and since the value is binary,
Figure 112017127607577-pat00060
end
Figure 112017127607577-pat00061
Greater than 1,
Figure 112017127607577-pat00062
end
Figure 112017127607577-pat00063
If less than or equal to 0. e is an expression of a personality vector decoded from personality DNA having components for j = 1, 2, 3, 4, 5 as e j . s has the scale factor for each gesture calculated by multiplying the transition matrix H and e as an element, k is the number of gesture categories, and c is among all s and l = 1, 2, ..., k elements The selected gesture that is the index of the largest element. In this embodiment, a gesture category is defined as k = 5 based on five emotions: happiness, sadness, surprise, anger, and disgust.

도 10은 일 실시예에 따른 로봇 플랫폼의 예를 나타낸다. 10 shows an example of a robot platform according to an embodiment.

도 10에 도시된 로봇 플랫폼은, Robot Intelligence Technology Lab에서 개발된 로봇 플랫폼인 Mybot으로, Mybot에 디지털 DNA가 포함된 상황 인간 상호 작용 AE 시스템을 구현하였다. 한편, 로봇 플랫폼(100)은 앞에서 설명한 바와 같이, 머리부(120), 몸통부(110) 및 다리부(130)를 포함하여 이루어질 수 있다. AE 로봇이 사용자와 상호 작용하고 다양한 시나리오에서 다양한 표정이나 제스처를 보여 줌으로써 주어진 디지털 DNA를 표현할 수 있음을 증명하기 위해 인간-로봇 상호 작용 실험을 수행하였다. 실험에서 Mybot에 외형 DNA와 성격 DNA를 표현하였다.The robot platform shown in FIG. 10 is a robot platform developed by Robot Intelligence Technology Lab, Mybot, which implements a situational human interaction AE system that includes digital DNA in Mybot. Meanwhile, the robot platform 100 may include a head portion 120, a body portion 110, and a leg portion 130, as described above. A human-robot interaction experiment was performed to demonstrate that the AE robot can express a given digital DNA by interacting with the user and showing various expressions or gestures in various scenarios. In the experiment, external DNA and personalized DNA were expressed in Mybot.

시스템은 3개의 모듈로 분리되어 구현되었으며 네트워크상에서 서로간에 데이터를 송수신함으로써 하나의 시스템으로 기능하도록 통합되었다. AE 시스템의 스마트 폰 시스템은 안드로이드(Android) 스마트 폰에서 구현되었다. 로봇 시스템은 Mybot의 마더보드에 구현되었다. 노트북은 로봇의 신체를 제어하고 태블릿 PC는 로봇의 얼굴을 제어한다. 장비 사양은 표 4에 나열되어 있다.The system was implemented in three modules and was integrated to function as one system by sending and receiving data between each other on the network. The smart phone system of the AE system was implemented in an Android smart phone. The robot system was implemented on Mybot's motherboard. The laptop controls the robot's body, and the tablet PC controls the robot's face. Equipment specifications are listed in Table 4.

[표 4][Table 4]

Figure 112017127607577-pat00064
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로봇 제어: Mybot은 ROS(Robot Operating System)를 사용하여 개발되었으므로 AE 로봇과 노트북의 마더보드는 동일한 ROS 환경에서 ROS 노드로 작동한다. 본 실험에서는 하드웨어 컨트롤러 패키지 외에도 실험을 위해 ROS 패키지에 두 개의 모듈을 구현하였다. 음성 합성 모듈은 수신된 문장으로부터 음성을 합성하고 그것을 스피커를 통해 재생한다. 음성을 합성하고 결과를 MP3 파일로 저장하기 위해 NAVER Corporation의 텍스트 음성 변환(TTS) 오픈 API를 사용하였다.Robot control: Since Mybot was developed using the ROS (Robot Operating System), the AE robot and the laptop's motherboard operate as ROS nodes in the same ROS environment. In this experiment, in addition to the hardware controller package, two modules were implemented in the ROS package for the experiment. The speech synthesis module synthesizes speech from the received sentence and plays it through the speaker. NAVER Corporation's Text-to-Speech (TTS) open API was used to synthesize speech and save the results as an MP3 file.

제스처 수행 패키지는 패시브 학습 프로세스에 의해 미리 저장된 제스처들 중에서 개성을 반영하여 현재의 상황 정보에 적합한 제스처를 선택한다. 패시브 학습 프로세스는 로봇이 일련의 조인트 값으로 모터의 궤도를 기록하고 강사가 로봇의 일부를 움직일 때 각 단계 사이의 지속 시간을 기록하는 방법이다. 이 방법은 ROS Bag 파일로 궤적을 저장한다. 선택된 제스처가 재생되면, AE 로봇은 몸짓으로 제스처를 생성한다. The gesture performance package selects a gesture suitable for the current situation information by reflecting personality among gestures previously stored by the passive learning process. The passive learning process is a method in which the robot records the trajectory of the motor as a series of joint values and the duration between each step when the instructor moves a part of the robot. This method saves the trajectory as a ROS Bag file. When the selected gesture is played, the AE robot generates a gesture with a gesture.

도 11은 일 실시예에 따른 에이전트의 다양한 성격에 따른 제스처의 강도를 나타내는 도면이다. 표 5에 나열된 에이전트의 다양한 성격에 따른 제스처의 강도가 도 10에 도시되어 있다.11 is a diagram illustrating the strength of a gesture according to various characteristics of an agent according to an embodiment. The strength of the gestures according to the various characteristics of the agents listed in Table 5 is illustrated in FIG. 10.

[표 5][Table 5]

Figure 112017127607577-pat00065
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3D 얼굴 제어: ROS 패키지 외에도 태블릿 PC에서 얼굴 표현 모듈을 개발하였다. Mybot의 얼굴은 Unity 프로그램을 사용하여 3차원 모델로 표현되기 때문에 태블릿 PC의 Windows에서 모듈을 구현하였다. 모듈은 AE 시스템을 위해 ROS 패키지에서 메시지를 수신한다. 외형 DNA에 관한 정보가 수신되면, 3차원 모델의 해당 얼굴이 디스플레이 상에 생성된다. 입이 반복적으로 열리고 닫히는 대화 중에 신호가 Mybot에 음성 오디오 재생 시작을 알리는 신호를 보내면 종료 신호가 전송될 때까지 재생 신호를 알리는 신호의 전송은 계속 반복된다. 3D face control: In addition to the ROS package, we developed a face expression module on the tablet PC. Since Mybot's face is expressed as a 3D model using the Unity program, the module was implemented in Windows on the tablet PC. The module receives messages from the ROS package for the AE system. When information on the external DNA is received, a corresponding face of the 3D model is generated on the display. If the signal sends a signal to Mybot to start voice audio playback during a conversation where the mouth is repeatedly opened and closed, the transmission of the signal informing the playback signal is repeated until the end signal is transmitted.

도 12는 일 실시예에 따른 에이전트의 다양한 상황 정보 및 성격에 따른 표현의 강도를 나타내는 도면이다. 말하기 후에, 적절한 표정이 선택되고 도 12에 도시된 바와 같이 성격에 따라 표시된다.12 is a diagram illustrating the intensity of expression according to various situation information and personality of an agent according to an embodiment. After speaking, an appropriate expression is selected and displayed according to personality as shown in FIG. 12.

스마트 폰에서의 대화: AE 시스템은 상황 인식 및 음성 상호 작용을 위해 스마트 폰을 사용하므로 Android OS를 사용하여 스마트 폰 관련 모듈을 구현하였다. 구현된 Android 애플리케이션을 사용하여 사용자는 AE 로봇 Mybot과 연결된다. 사용자가 연결 버튼을 터치하면, 선택된 디지털 DNA 정보가 ROS 패키지로 전송되고 얼굴이 생성된다. 사용자가 스마트 폰으로 말하면 어플리케이션은 이를 인식하고 적절한 응답을 생성한다. 스마트 폰의 디스플레이상에서, 사용자는 인식 결과 및 생성된 문장을 검사(확인)할 수 있다. 생성된 응답은 ROS 패키지로 전송된 다음, Mybot이 반응한다. 우리는 SYSTRAN International Incorporation의 음성 인식 엔진과 한국어 모듈의 YALLY Incorporation의 대화 생성 API를 사용하였다.
Dialogue in the smartphone: Since the AE system uses a smartphone for context recognition and voice interaction, a smartphone-related module was implemented using the Android OS. Using the implemented Android application, the user is connected to the AE robot Mybot. When the user touches the connect button, the selected digital DNA information is sent to the ROS package and a face is created. When the user speaks on the smartphone, the application recognizes it and generates an appropriate response. On the display of the smart phone, the user can check (confirm) the recognition result and the generated sentence. The generated response is sent to the ROS package, and then Mybot reacts. We used SYSTRAN International Incorporation's speech recognition engine and the Korean module YALLY Incorporation's dialog creation API.

HRI 어플리케이션을 위한 AE 시스템을 시연하기 위해 일련의 실험을 수행하였다. AE 로봇과 상호 작용하는 동안, 상호 작용하는 AE 시스템이 구현되었으므로, 다양한 디지털 DNA를 기반으로 한 상황 정보에 따라 표정과 제스처가 달라지는 것을 관찰하였다. AE 시스템의 기능이 로봇 Mybot에 성공적으로 구현되었음을 입증하기 위해 시나리오의 두 가지 사례를 미리 정의하고 AE 로봇이 시나리오에 따라 반응하는 방식을 관찰하였다. A series of experiments was performed to demonstrate the AE system for HRI applications. During the interaction with the AE robot, since the interactive AE system was implemented, we observed that facial expressions and gestures were changed according to context information based on various digital DNA. In order to prove that the function of the AE system was successfully implemented in the robot Mybot, two cases of the scenario were pre-defined and observed how the AE robot responds according to the scenario.

분노 시나리오: 사용자가 "내 말 들리니?"라고 Mybot에게 말하면, AE 로봇은 분노를 표출하면서 "나는 매우 희미한 소리가 들립니다"라는 응답을 보냈다. 이러한 경향을 이용하여, Mybot에 문장을 반복적으로 말하면서 에이전트의 반응을 관찰하였다. 동일한 시나리오에도 불구하고, 에이전트는 상황 정보 및 에이전트의 성격에 따라 강도가 다른 표정 및 제스처로 반응하였다. Anger scenario: When the user tells Mybot, "Can you hear me?", The AE robot expressed anger and responded, "I hear a very faint sound." Using this trend, the agent's reaction was observed while the sentence was repeatedly spoken to Mybot. Despite the same scenario, the agent responded with different facial expressions and gestures depending on the context information and the agent's personality.

도 13은 일 실시예에 따른 분노 시나리오에 대한 표현을 수행하는 비디오 클립의 스냅샷의 예를 나타내는 도면이다.13 is a diagram illustrating an example of a snapshot of a video clip that performs expression for an anger scenario according to an embodiment.

도 13에 도시된 바와 같이, 에이전트는 (a)에서 (c)로 갈수록 더 강렬하게 화가 난 얼굴 표정을 나타낸다. 가장 강한 얼굴 표정을 가진 (c)의 에이전트는 두 팔을 허리에 올려 놓기 때문에 제스처와 비슷한 경향을 보였다.As shown in FIG. 13, the agent exhibits a more intensely angry facial expression from (a) to (c). The agent of (c) with the strongest facial expression tended to be similar to a gesture because he put his arms on his back.

인사말 시나리오: 인사말 시나리오에 대한 실험도 수행하였다. 인사말 시나리오는 AE 로봇과 사용자가 처음 만나 서로 인사했을 때 디지털 DNA가 다르게 표현되었다는 것이다. 높은 외향성과 개방성의 성격 DNA를 가진 에이전트가 로봇에 내장되었을 때, AE 로봇은 인사하는 동안 사용자를 포옹하려고 하였다. 외향적이고 열린 에이전트가 내장된 마이봇(Mybot)은 두 팔을 들어 올렸고 사용자를 환영하는 모습으로 큰 미소를 보여 주었다. 신경 과민의 Mybot은 사용자가 더 가까이 오지 못하게 막았다. Greeting Scenario: An experiment on the greeting scenario was also conducted. The greeting scenario is that the digital DNA was expressed differently when the AE robot and the user first met and greeted each other. When an agent with high extroversion and open personality DNA was embedded in the robot, the AE robot tried to hug the user while greeting. Mybot, with an extroverted and open agent, raised both arms and showed a big smile with a welcoming look. Nervous Mybot prevented users from coming closer.

도 14는 일 실시예에 따른 인사말 시나리오에 대한 표현을 수행하는 비디오 클립의 스냅샷의 예를 나타내는 도면이다. 14 is a diagram illustrating an example of a snapshot of a video clip performing expression for a greeting scenario according to an embodiment.

도 14에 도시된 바와 같이, 인사말 시나리오에서 Mybot이 표시하는 다양한 반응이 나타난다.As shown in Fig. 14, various responses displayed by Mybot appear in the greeting scenario.

이상과 같이, 본 실시예에서는 인간형 로봇을 포함한 AE 시스템이 특정 인물의 특성을 표현할 수 있게 하는 디지털 DNA 개념을 제공할 수 있다. 특히, 성격 DNA, 외형 DNA 및 음성 DNA가 인코딩되었다. 디지털 DNA를 기반으로 하는 AE 시스템은 실제 로봇 하드웨어 플랫폼 Mybot에서 설계 및 구현되었다. 제안된 디지털 DNA를 통해 에이전트 임베디드 로봇 Mybot은 인간처럼 행동할 수 있으며 다양하고 적절한 제스처와 표정으로 말하기에 참여할 수 있다.
As described above, in the present embodiment, a digital DNA concept that enables the AE system including a humanoid robot to express characteristics of a specific person can be provided. In particular, personality DNA, external DNA and negative DNA were encoded. AE system based on digital DNA was designed and implemented in the real robot hardware platform Mybot. Through the proposed digital DNA, the agent embedded robot Mybot can act like a human and participate in speaking with various appropriate gestures and expressions.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and / or combinations of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor (micro signal processor), a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of understanding, a processing device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include. For example, a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. In addition, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and / or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. Can be embodied in The software may be distributed on networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (17)

디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터에 있어서,
영상 정보를 취득하는 촬영부와, 상기 촬영부의 회전 각도를 제어하는 각도 제어부가 구성되는 머리부; 및
상기 머리부의 하부에 배치되며, 작업을 위한 복수의 관절이 형성된 매니퓰레이터가 구성되는 몸통부
를 포함하고,
상기 머리부는,
로봇 얼굴을 표시하고, 대화 시 기설명된 정보를 바탕으로 표정을 나타내는 디스플레이 모듈
을 포함하며,
상기 머리부의 상기 각도 제어부는 상기 몸통부와 독립적으로 상기 촬영부를 회전시키고,
상기 디스플레이 모듈은,
특정 사람 또는 고유의 외형 또는 성격을 디지털(Digital) DNA(Deoxyribonucleic Acid)를 기반으로 생성하여 구현하고, 대화 시 주변 환경에 대한 상황 정보(context)를 추론하여 표정에 반영하여 사용자와 상호작용 하며, 사용자 단말과 연결되어 실시간으로 사용자의 상황 정보를 추론한 결과를 전달 받아 AE 로봇의 성격, 외형 및 음성과 관련되어 인코딩된 상기 디지털 DNA를 따르는 표정을 디스플레이 하거나 음성을 출력하고,
상기 사용자 단말은,
상기 사용자의 단말로부터 수집된 센서 데이터로부터 선별된 특징을 추출하고 QEA-NN(Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network)을 이용하여 실시간으로 상기 사용자의 상황 정보를 추론하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
In the digital agent mobile manipulator,
A head unit including a photographing unit acquiring image information and an angle control unit controlling the rotation angle of the photographing unit; And
It is disposed on the lower portion of the head, the body portion is composed of a manipulator is formed a plurality of joints for work
Including,
The head portion,
A display module that displays the face of the robot and displays facial expressions based on the previously described information during the conversation
It includes,
The angle control part of the head rotates the imaging part independently of the body part,
The display module,
Creates and implements a specific person or unique appearance or personality based on digital DNA (Deoxyribonucleic Acid), induces context information about the surrounding environment during conversation, reflects it in facial expressions, and interacts with the user, It is connected to the user terminal and receives the result of inferring the user's context information in real time to display the facial expressions that follow the digital DNA encoded in relation to the character, appearance, and voice of the AE robot, or to output a voice,
The user terminal,
Extracting selected features from sensor data collected from the user's terminal and inferring the user's context information in real time using QEA-NN (Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network)
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.
제1항에 있어서,
상기 몸통부의 하부에 배치되며, 이동을 위한 적어도 하나 이상의 휠이 구성되는 다리부
를 더 포함하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
According to claim 1,
A leg portion disposed at the lower portion of the body portion and configured with at least one wheel for movement
Further comprising, a digital agent mobile manipulator.
제1항에 있어서,
상기 머리부의 상기 촬영부는,
주변의 영상을 획득하여 통신 모듈을 통해 사용자에게 전송하는 카메라인 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
According to claim 1,
The photographing unit of the head,
A camera that acquires surrounding images and transmits them to the user through a communication module
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 디스플레이 모듈은,
로봇 얼굴을 통해 대화 시 표정 및 입 모양을 표시하는 디스플레이부;
외부의 음성을 인식하는 마이크;
음성을 출력하는 스피커; 및
상기 마이크를 통해 인식한 음성을 분석하고, 상기 인식한 음성 또는 상기 촬영부를 통해 획득한 영상을 통해 상황 정보를 획득하여 상기 스피커를 통해 출력할 음성과 상기 디스플레이부를 통해 표시할 로봇 얼굴, 표정 및 입 모양을 결정하는 제어부
를 포함하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
According to claim 1,
The display module,
A display unit for displaying facial expressions and mouth shapes during a conversation through a robot face;
A microphone that recognizes external voice;
A speaker that outputs voice; And
Analyzes the voice recognized through the microphone, acquires context information through the recognized voice or the image acquired through the photographing unit, and outputs the voice through the speaker and the robot face, facial expression, and mouth to be displayed through the display unit Control unit that determines shape
Including, digital agent mobile manipulator.
제1항에 있어서,
상기 디스플레이 모듈은,
태블릿(tablet) PC로 이루어지며,
상기 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터는,
휠 베이스 상부에 상기 매니퓰레이터가 구성된 몸통부가 형성되고, 상기 태블릿 PC를 부착됨에 따라 좁은 공간을 차지하도록 구현되어 실내 환경 또는 좁은 환경에서 효율적인 이동과 작업이 가능한 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
According to claim 1,
The display module,
It consists of a tablet PC,
The digital agent mobile manipulator,
The body part formed with the manipulator is formed on the upper part of the wheel base, and is implemented to occupy a small space as the tablet PC is attached, so that efficient movement and work can be performed in an indoor environment or a narrow environment.
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.
제1항에 있어서,
상기 머리부의 상기 각도 제어부는,
팬 및 틸트 기능의 모터를 이용해 회전 각도를 제어하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
According to claim 1,
The angle control unit of the head,
Controlling the angle of rotation using a motor with pan and tilt functions
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.
제1항에 있어서,
상기 몸통부는,
상기 매니퓰레이터를 작업 위치로 움직이기 위한 제어를 수행하는 제1 회전 작업 모터; 및
상기 제1 회전 작업 모터와 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 제1 회전 작업 모터와 연동하여 서로 반대로 동작하는 제2 회전 작업 모터
를 포함하고,
상기 제1 회전 작업 모터 및 상기 제2 회전 작업 모터는 하나의 쌍으로 이루어져 상기 매니퓰레이터의 회전 작업과 상기 머리부의 회전이 독립적으로 이루어지도록 하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
According to claim 1,
The body portion,
A first rotating working motor that performs control to move the manipulator to a working position; And
A second rotating working motor which is arranged to be spaced apart from the first rotating working motor and operates in opposition to each other in conjunction with the first rotating working motor.
Including,
The first rotating working motor and the second rotating working motor are formed in a pair so that the rotating operation of the manipulator and the rotation of the head are made independently.
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.
제1항에 있어서,
상기 몸통부는,
상기 매니퓰레이터의 말단에 작업을 위한 엔드 이펙터(end effector)가 부착되는 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
According to claim 1,
The body portion,
An end effector for work is attached to the end of the manipulator.
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.
제2항에 있어서,
상기 다리부는,
사용자의 원격 조종에 따라 상기 휠을 통한 이동 방향 및 속도를 조절하고, 상기 각도 제어부의 회전 각도와 상기 매니퓰레이터의 동작을 제어하는 동작 제어부
를 더 포함하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
According to claim 2,
The leg portion,
An operation control unit that controls a movement direction and speed through the wheel according to a user's remote control, and controls a rotation angle of the angle control unit and an operation of the manipulator.
Further comprising, a digital agent mobile manipulator.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 사용자 단말은,
어플리케이션의 실행을 통해 상기 디스플레이 모듈과 연결되며, 학습된 신경망을 사용하여 위치, 사용자 행동, 스마트 폰 상태 정보 및 시간 정보와 관련된 상기 사용자의 상황 정보를 실시간으로 추론하고, 사용자가 특정 디지털 DNA를 선택함에 따라 상기 디지털 DNA로 인코딩된 성격, 외형 및 음성에 대한 정보를 상기 디스플레이 모듈로 전송하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
According to claim 1,
The user terminal,
It is connected to the display module through the execution of the application, and uses the learned neural network to infer the user's situation information in real time related to location, user behavior, smart phone status information and time information, and the user selects a specific digital DNA To transmit information about the personality, appearance and voice encoded by the digital DNA to the display module
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.
제13항에 있어서,
상기 디스플레이 모듈은,
선택된 상기 디지털 DNA를 상기 사용자 단말로부터 전송 받아 성격, 외형 및 음성을 표현하며, 성격 DNA를 기반으로 빅 5 성격 모델에 따라 경험에 대한 개방성(openness), 성실성(conscientiousness), 외향성(extraversion), 친화성(agreeableness) 및 신경성(neuroticism)의 5 가지 특성으로 나타내어 성격을 결정하고, 외형 DNA를 기반으로 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)을 통한 차원 감소 방법을 사용하여 3차원 모델 얼굴을 생성하며, 음성 DNA를 기반으로 상기 사용자 단말로부터 생성된 응답을 음성 여기 신호와 보컬 트랙 스펙트럼 모델을 이용하여 고유한 음성 또는 특정 개인과 유사한 음성으로 출력하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
The method of claim 13,
The display module,
The selected digital DNA is transmitted from the user terminal to express personality, appearance and voice, and based on personality DNA, openness, conscientiousness, extraversion, and extrinsic to experience according to the Big 5 personality model It is characterized by representing five characteristics of agreeableness and neuroticism, and a three-dimensional model face is generated using a dimensional reduction method through principal component analysis (PCA) based on external DNA, Outputting the response generated from the user terminal based on the speech DNA as a unique voice or a voice similar to a specific individual using a voice excitation signal and a vocal track spectrum model
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.
디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터에 있어서,
매니퓰레이터; 및
상기 매니퓰레이터에 설치되고, 사용자 단말과 연결되어 실시간으로 주변 환경에 대한 사용자의 상황 정보를 추론한 결과를 전달 받아, AE 로봇의 성격, 외형 및 음성과 관련되어 인코딩된 디지털(Digital) DNA(Deoxyribonucleic Acid)를 따르는 표정을 디스플레이 하거나 음성을 출력하는 디스플레이 모듈
을 포함하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
In the digital agent mobile manipulator,
Manipulator; And
Digital DNA (Deoxyribonucleic Acid), which is installed in the manipulator, is connected to the user terminal and receives the result of inferring the user's context information about the surrounding environment in real time, and is encoded in relation to the character, appearance, and voice of the AE robot. Display module that displays facial expressions following) or outputs voice
Including, digital agent mobile manipulator.
제15항에 있어서,
상기 사용자 단말은,
어플리케이션의 실행을 통해 상기 디스플레이 모듈과 연결되며, 상기 사용자의 단말로부터 수집된 센서 데이터로부터 선별된 특징을 추출하고 QEA-NN(Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network)을 이용하여 실시간으로 상기 사용자의 상황 정보를 추론하고, 사용자가 특정 디지털 DNA를 선택함에 따라 상기 디지털 DNA로 인코딩된 성격, 외형 및 음성에 대한 정보를 상기 디스플레이 모듈로 전송하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.
The method of claim 15,
The user terminal,
It is connected to the display module through the execution of an application, extracts selected features from sensor data collected from the user's terminal, and uses the QEA-NN (Quantum-inspired Evolutionary Algorithm-based Neural Network) in real time. Inferring contextual information, and transmitting information on personality, appearance, and voice encoded with the digital DNA to the display module as the user selects a specific digital DNA
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.
제16항에 있어서,
상기 디스플레이 모듈은,
선택된 상기 디지털 DNA를 상기 사용자 단말로부터 전송 받아 성격, 외형 및 음성을 표현하며, 성격 DNA를 기반으로 빅 5 성격 모델에 따라 경험에 대한 개방성(openness), 성실성(conscientiousness), 외향성(extraversion), 친화성(agreeableness) 및 신경성(neuroticism)의 5 가지 특성으로 나타내어 성격을 결정하고, 외형 DNA를 기반으로 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)을 통한 차원 감소 방법을 사용하여 3차원 모델 얼굴을 생성하며, 음성 DNA를 기반으로 상기 사용자 단말로부터 생성된 응답을 음성 여기 신호와 보컬 트랙 스펙트럼 모델을 이용하여 고유한 음성 또는 특정 개인과 유사한 음성으로 출력하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 에이전트 이동 매니퓰레이터.



The method of claim 16,
The display module,
The selected digital DNA is transmitted from the user terminal to express personality, appearance and voice, and based on personality DNA, openness, conscientiousness, extraversion, and extrinsic to experience according to the Big 5 personality model It is characterized by representing five characteristics of agreeableness and neuroticism, and a three-dimensional model face is generated using a dimensional reduction method through principal component analysis (PCA) based on external DNA, Outputting the response generated from the user terminal based on the speech DNA as a unique voice or a voice similar to a specific individual using a voice excitation signal and a vocal track spectrum model
Characterized by, a digital agent mobile manipulator.



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