Efektivní průzkum povrchu těla s taktilními senzory u humanoidních robotů

Abstract

Zatímco u člověka hraje hmat velmi důležitou roli, v robotice je mu věnována malá pozornost. Dotyková zpětná vazba má přitom obrovský potenciál, od automatické kalibrace robotu po bezpečnou interakci člověka s robotem. V oblasti aktivního učení a vnitřní motivace existuje celá řada prací, ale málokdy jsou algoritmy testovány na robotech s dotykovou zpětnou vazbou. Pokud je taktilní modalita přece jen použita, jedná se často o velmi jednoduché simulace např. planárních manipulátorů. V této práci jsem k existujícímu simulátoru robota iCub, který se používá v kognitivní vývojové robotice, v Gazebo přidal taktilní zpětnou vazbu. Simulátor jsem použil k sérii experimentů zaměřených na aktivní průzkum povrchu těla. K tomu jsem použil algoritmy založené na “goal babbling” a “exploration by disagreement”. Také jsem porovnal různé způsoby implementace inverzních modelů na úloze taktilní explorace. Po integraci simulátoru kůže do oficiálního iCub Gazebo simulátoru bude tento nástroj k dispozici široké komunitě uživatelů.

Sense of touch plays an important role in the life of a person, however it is underutilised and understudied in the field of robotics. Tactile sensory modality has large potential in many areas, from robots building and calibrating models of their bodies using tactile feedback, to enabling safe human-robot interaction. Although rich literature exists on the topics of active learning and intrinsic motivation, authors rarely test their hypotheses on robots with the sense of touch. And when they do, they often prefer to use extremely simple simulations of planar manipulators. In this thesis, I address this problem by developing an artificial skin simulator for the iCub humanoid robot used for research in cognitive developmental robotics, and using it for experiments in efficient exploration of the robot’s body. I have successfully implemented the artificial skin simulator for the iCub humanoid robot and used it to perform a set of experiments in body surface exploration. I have applied the goal babbling exploration framework and exploration by disagreement algorithm to efficiently explore the simulated robot’s body surface. I have also compared several inverse body models suitable for the task of tactile exploration. Once the artificial skin simulator is accepted into the iCub codebase, it will make it easier for other researchers to perform experiments involving the sense of touch on a humanoid robot.