ROSE - transforming everyday objects into expressive systems: design of an interactive robotic lamp with innovative vertical architecture

This thesis presents ROSE (Robotic Object Seeking Empathy), a robotic lamp system that explores expressive human-robot interaction through a novel structural paradigm. Unlike existing robotic lamps that rely on articulated arms with rigid bases—limiting their workspace and confining movements to functional positioning—ROSE employs vertical suspension with unrestricted rotational freedom, enabling movement along the full height of a room and continuous 360° rotation. The key contribution lies in systematically adapting animation principles to this structure for emotional rather than functional expression. Through iterative development of three integrated subsystems, the work explores how timing variation, anticipation, and framing techniques combine with velocity profiles, trajectories, and body-head coordination to convey distinct emotional states. Multiple experimental phases mapped movement parameters to five recognizable emotions, each with specific kinematic and lighting characteristics. The incremental methodology—cycling through design, implementation, and testing for each component—enabled progressive refinement of both low-level motion control and high-level behavioral programming. This approach proved essential for discovering effective mappings between movement qualities and perceived emotions. The work demonstrates that vertical movement combined with unrestricted rotation provides viable capabilities for expressive robotics, contributing a novel structural paradigm and documented methodology for applying animation principles to physical robotic systems in the context of emotional human-robot interaction.

Questa tesi presenta ROSE (Robotic Object Seeking Empathy), un sistema robotico che esplora l’interazione uomo-robot espressiva attraverso un nuovo paradigma strutturale. A differenza delle lampade robotiche esistenti che utilizzano bracci articolati con basi rigide—limitando lo spazio di lavoro e confinando i movimenti al posizionamento funzionale—ROSE impiega la sospensione verticale con libertà rotazionale illimitata, abilitando movimento lungo l’intera altezza di una stanza e rotazione continua a 360°. Il contributo chiave risiede nell’adattamento sistematico dei principi di animazione a questa struttura per l’espressione emotiva anziché funzionale. Attraverso lo sviluppo iterativo di tre sottosistemi integrati, il lavoro esplora come tecniche di variazione temporale, anticipazione e framing si combinino con profili di velocità, traiettorie e coordinazione corpotesta per trasmettere stati emotivi distinti. Multiple fasi sperimentali hanno mappato parametri di movimento su cinque emozioni riconoscibili, ciascuna con caratteristiche cinematiche e luminose specifiche. La metodologia incrementale—ciclando progettazione, implementazione e testing per ogni componente—ha permesso il raffinamento progressivo sia del controllo del movimento a basso livello che della programmazione comportamentale ad alto livello. Questo approccio si è rivelato essenziale per scoprire mappature efficaci tra qualità del movimento ed emozioni percepite. Il lavoro dimostra che la sospensione verticale combinata con rotazione illimitata fornisce capacità praticabili per la robotica espressiva, contribuendo un nuovo paradigma strutturale e una metodologia documentata per applicare principi di animazione a sistemi robotici fisici nel contesto dell’interazione uomo-robot emotiva.