Mapy dynamik pro společensky prozíravou navigaci autonomních mobilních robotů

Abstract

V této práci navrhujeme způsob, jak by se autonomní obslužný robot mohl alespoň začlenit do lidské společnosti – aplikováním časoprostorových map umožňujících předpovědi dynamiky vyvolané člověkem do jeho plánovacího modulu.Definovali a vyhodnocovali jsme časoprostorové modely vhodné pro autonomní servisní roboty v různých scénářích.Navrhli jsme metodiku pro definování různorodého souboru kritérií pro hodnocení a porovnávání různých časoprostorových map z hlediska použitelnosti v konkrétních robotických úlohách.Odvodili jsme specifické kritérium pro vyhodnocení časoprostorových map pro rozvržení a plánování trajektorií s ohledem na lidi.Pomocí tohoto kritéria jsme porovnali vyčerpávající sbírku zjednodušených přístupů k časoprostorovému mapování, které čtenáři poskytly náhled na jejich odlišnosti, a současných nejmodernějších metod, včetně té navrhované, poskytující komplexní posouzení jejich silných a slabých stránek.Hodnotili jsme také dopad integrace navržené časoprostorové mapy do plánovacího modulu v polním robotickém experimentu, který analyzoval reakce neinformovaných lidských subjektů.Výsledky polního experimentu ukázaly radikální rozdíl v reakcích na robota, který byl a nebyl schopen předpovídat lidské toky.Robot, který nepoužíval časoprostorovou mapu, některé lidi naštval a jednoho člověka rozzlobil, zatímco robot schopný následovat lidské toky svůj úkol nepozorovaně vyřešil.Navržená metoda časoprostorového modelování úspěšně konkurovala svým konkurentům.Své kvality prokázala při integraci do veřejné aplikace.Poskytla předpovědi pokrývající celou zemi z velmi řídkých údajů.

Robots are expected to help people with many different tasks.We hypothesise that apart from the ability to solve the task, service robots need also integrate into society to provide a service in an acceptable way.Human society has rules that follow working routines, traditions, and derived habits.Breaking the rules by any entity, including autonomous robots, spoils the psychosocial atmosphere and leads to the consequent exclusion of a maladjusted entity - in the case of the robot, refusal of its assistance.In this work, we propose a way how an autonomous service robot could, at least, blend into human society - applying spatio-temporal maps allowing for human-induced dynamics forecasting into its planning module.We defined and evaluated spatio-temporal models suitable for autonomous service robots in various scenarios.We proposed a methodology for defining a miscellaneous collection of criteria for evaluating and comparing diverse spatio-temporal maps from the point of usability in specific robotic tasks.We derived a specific criterion for evaluating spatio-temporal maps for human-aware trajectory scheduling and planning.Using this criterion, we compared an exhaustive collection of simplified approaches to spatio-temporal mapping, providing a reader with an insight into their differences, and the current state-of-the-art methods, including the proposed one, providing a complex assessment of their strengths and weaknesses.We also evaluated the impact of integrating the proposed spatio-temporal map into the planning module in a field robotic experiment that analysed reactions of uninformed human subjects.The results of the field experiment showed a radical difference in reactions towards robot that was and was not able to forecast human flows.A robot not using a spatio-temporal map annoyed some people, and one human got angry, while the robot able to blend into the human flows solved its task unnoticed.The proposed spatio-temporal modelling method successfully competed with its competitors.