Interbot Mobile Robot: Human-Robot Interaction Modules

Abstract

A tecnologia robótica tem sido alvo de constantes avanços, e no entanto os robôs móveis ainda não estão completamente presentes no nosso dia-a-dia, locais de trabalho ou casas. Para que esses robôs façam parte de um ambiente humano, ainda é necessário um desenvolvimento significativo da tecnologia Human-Robot Interaction (HRI), de modo a que os robôs saibam como se comportar ao interagir com humanos, de modo a serem socialmente aceites. Quando aplicada a robôs móveis, a HRI pode envolver um grande espectro tecnológico, que vai desde interfaces de teleoperação e suas limitações, o comportamento de cada humano e robô numa HRI, e como o diálogo entre as duas partes é conduzido.Esta dissertação de Mestrado tem como objectivo principal desenvolver e implementar várias funcionalidades para o Interbot-Social Robot, um robô móvel desenvolvido no Instituto de Sistemas e Robótica (ISR). Essas novas funcionalidades permitem que o Interbot interaja com seres humanos e execute determinadas tarefas. Com esse objectivo em mente, foram adicionados dois novos componentes: uma estação de controlo remoto e um tablet, actuando ambos como interfaces homem-robô. A arquitectura do software desenvolvido foi projectada para ser modular e versátil, de forma a que seja fácil de usar e entender pelos futuros utilizadores e investigadores. Para desenvolver o software necessário para os novos componentes, as frameworks ROS (Robot Operating System) e Qt Creator foram utilizadas como as plataformas de desenvolvimento, teste e detecção de erros dos métodos e algoritmos que integram o novo sistema do Interbot. Diferentes tipos de controlo e comportamentos nas HRI foram analisados e avaliados para esta plataforma. Uma série de testes e experiências foram feitos para medir o desempenho dos novos componentes do Interbot, através de diversos cenários de teste com diferentes configurações. As novas interfaces homem-robô provaram ser uma forma acessível para os utilizadores interagirem e controlarem o Interbot, participarem numa visita guiada pelo piso 0 do ISR, ou para delegar tarefas como entrega de mensagens ou objectos ao Interbot. Verificou-se que a estação remota era capaz de planear e delegar tarefas sequencialmente, enquanto exibia as informações do robõ de forma perceptível.Finalmente, foi realizada uma análise aos efeitos da latência na performance do sistema e foram apresentadas possíveis soluções para futuras melhorias.

Robotic technology has had many advances, and yet mobile robot are still not completely present in our daily environments, workplaces or homes. For these robots to make part of a human environment, a significant development of Human-Robot Interaction (HRI) technology is still required, so that robots know how to behave while interacting with humans towards being socially accepted. When applied to mobile robots, HRI can cover a large technological spectrum ranging from teleoperation interfaces and their limitations, human and robot roles in a HRI, and how the dialogue between both parties is conducted.The main goal of this Master's dissertation is to develop and implement several functionalities for Interbot- Social Robot, a mobile robot being developed at the Institute for Systems and Robotics (ISR). These new functionalities allow Interbot to interact with humans and to perform given tasks. With that goal in mind, two new components were added: a remote control station and a tablet, acting both as human-robot interfaces. The architecture of the developed software is designed to be modular and versatile, in a way that it is easy to use and understand by future users and researchers. To develop the required software for the new components, the ROS (Robot Operating Systems) and Qt Creator frameworks were used as development, test and debugging platforms of the methods and algorithms integrating the final Interbot system. Different types of control and HRI roles were analyzed and evaluated for this platform. A series of tests and experiments was done to measure the performance of the new Interbot components, using different test scenarios and control types. The new human-robot interfaces proved to be a reliable way for users to interact with and directly control Interbot, to be escorted during a guided tour of ISR floor 0, or to order Interbot to perform tasks such as message or object delivery. The remote station was found to be capable of planning tasks sequentially, while displaying the robot information in a perceivable way. Finally, a latency analysis is performed, the implemented mechanisms against undesirable delays are tested, and possible solutions for future improvements are presented.