Diseño e implementación de una estrategia de seguimiento de personas socialmente aceptable en un robot de servicio

Transcripción

1 Diseño e implementación de una estrategia de seguimiento de personas socialmente aceptable en un robot de servicio Resumen de la memoria del Proyecto Fin de Carrera realizado en el Royal Institute of Technology (KTH) (Estocolmo - Suecia) Álvaro Canivell García de Paredes acanivell@arquired.es Marzo de 2005 Supervisor en el Royal Institute of Technology: Elin Ana Topp Examinador en el Royal Institute of Technology: Henrik I Christiensen Supervisor en la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla: Manuel Vargas Villanueva

2 Resumen La robótica ha ocupado el sector industrial desde los años setenta. Hoy en día, la robótica comienza también a introducirse en el sector servicios. Mascotas robóticas, aspiradoras automatizadas, enfermeras o guías turísticas son algunos ejemplos de aplicaciones robóticas que ya se han hecho un hueco dentro del sector servicios. Uno de los aspectos que caracteriza la robótica de servicio, es la necesidad de compartir íntimamente su espacio de trabajo con personas. Debido a ello, la capacidad de contemplar las reglas sociales implícitas en el movimiento humano, puede resultar valioso para un robot de servicio. Particularizando, un robot de servicio destinado a seguir a una persona se vería beneficiado al considerar las mencionadas reglas. El proyecto fin de carrera presentado en este documento ha afrontado el problema del diseño e implementación de una estrategia de seguimiento que contemple las susodichas limitaciones sociales en un robot de servicio. En el documento, en primer lugar se delinea el problema y se presentan algunos trabajos realizados en ámbitos de robótica realcionados. A continuación, la definición del problema es detallada y la arquitectura del sistema es justificada en base a esta definición. Más adelante se muestran los detalles de implementación de dicha arquitectura. Finalmente, el comportamiento general del sistema es estudiado y evaluado, obteniéndose una serie de conclusiones y propuestas para futuras mejoras. El presente documento no es más que un resumen en español de la memoria original del proyecto, redactada en inglés. Para asegurar una comprensión más completa y consistente del proyecto, se sugiere la lectura del original [1].

3 Índice de figuras 2.1 La formación de tres robots reajustándose para evitar obstáculos creada por P. Ögren Los robots de Sugar y Kumar coordinando el transporte de un objeto Los tres límites visuales para mantener la visibilidad de la persona en la solución de Ku y Tsai El sistema de visión estéreo de Feyrer y Zell Cálculo de la velocidad deseada realizada en la solución planteada por Prassler et al La silla de ruedas programada por Prassler et al. mientras trata de atravesar una puerta El robot CERO desarrollado por Hüttenrauch et al El interfaz facial de MINERVA en expresión sonriente (izquierda) y neutral (derecha) PEARL, la enfermera robótica, en un centro para la tercera edad La arquitectura general del sistema Arquitectura del módulo localizador Arquitectura del módulo seguidor Definición de la posición deseada del robot Arquitectura del módulo principal El coordinador de módulos dentro del módulo principal El módulo secuenciador de estados La arquitectura del módulo interfaz robot Estimación y medida de la posición y velocidad de la persona en el eje y Trayectoria estimada y medida de la persona El número de pérdidas de localización en 100 unidades de tiempo, para cada uno de los usuarios, y la media de pérdidas para el grupo completo de usuarios Trayectorias del robot y de la persona, estando el robot en el estado aproximación

4 ÍNDICE DE FIGURAS Posición y orientación persona-robot relativas, estando el robot en estado aproximación Trayectorias de la persona y del robot, estando el robot en estado seguimiento, con (α,ρ) = (0,7m, π/4rad) Posición y orientación persona-robot relativas, estando el robot en estado seguimiento Una de las trayectorias trazadas por el robot en uno de los experimentos Medias y desviaciones estándar del error de posicionamiento en los diferentes experimentos Tiempo de funcionamiento de la aplicación y tiempo empleado en la tarea Número de pérdidas de localización o atenciones especiales requeridas por el robot

5 Índice general 1 Introducción Motivación Esbozo de una solución Robots de servicio y movilidad Robots de servicio e interacción Trabajos relacionados Interacción entre robots móviles Interacción entre robots móviles y personas Coordinación motriz, seguimiento de personas y sociabilidad Detección y localización de personas Arquitectura del sistema Definición del problema y sus especificaciones La arquitectura como solución para el problema La arquitectura vista de cerca El módulo localizador El módulo seguidor El módulo principal El módulo secuenciador de estados El módulo interfaz robot Experimentos Análisis del comportamiento del módulo localizador Análisis del comportamiento del módulo seguidor Aproximándose a la persona Siguiendo a la persona Análisis del comportamiento del sistema como aplicación orientada a usuario Especificación de la tarea, del grupo de usuarios y de los datos a recoger Análisis de los datos recogidos

6 ÍNDICE GENERAL 4 5 Conclusiones y mejoras futuras Resumen y conclusión Conclusión Futuras mejoras Bibliografía 51