As the global population ages, many seniors face the problem of loneliness. Companion robots offer a potential solution. However, current companion robots often lack advanced functionality, while task-oriented robots are not designed for social interaction, limiting their suitability and acceptance by seniors. Our work introduces a senior-oriented system for quadruped robots that allows for more intuitive user input and provides more socially expressive output. For user input, we implemented a MediaPipe-based module for hand gesture and head movement recognition, enabling control without a remote. For output, we designed and trained robotic dog gestures using curriculum-based reinforcement learning in Isaac Gym, progressing from simple standing to three-legged balancing and leg extensions, and more. The final tests achieved over 95\% success on average in simulation, and we validated a key social gesture (the paw-lift) on a Unitree robot. Real-world tests demonstrated the feasibility and social expressiveness of this framework, while also revealing sim-to-real challenges in joint compliance, load distribution, and balance control. These contributions advance the development of practical quadruped robots as social companions for the senior and outline pathways for sim-to-real adaptation and inform future user studies.


翻译:随着全球人口老龄化,许多老年人面临孤独问题。陪伴机器人提供了一种潜在的解决方案。然而,当前的陪伴机器人往往缺乏高级功能,而任务导向型机器人并非为社交互动设计,这限制了它们对老年人的适用性和接受度。我们的工作提出了一种面向老年人的四足机器人系统,该系统支持更直观的用户输入并提供更具社交表现力的输出。在用户输入方面,我们实现了一个基于MediaPipe的手势与头部运动识别模块,使得无需遥控器即可进行控制。在输出方面,我们利用基于课程学习的强化学习方法在Isaac Gym中设计并训练了机器狗姿态,从简单的站立逐步过渡到三足平衡、腿部伸展等复杂动作。最终测试在仿真中平均成功率超过95%,并在Unitree机器人上验证了一个关键社交姿态(抬爪动作)。真实环境测试证明了该框架的可行性与社交表现力,同时也揭示了仿真到实际迁移中在关节柔顺性、负载分布和平衡控制方面面临的挑战。这些贡献推动了实用型四足机器人作为老年人社交伴侣的发展,并为仿真到实际的适应提供了路径,为未来的用户研究奠定了基础。

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