Transforming a Quadruped into a Guide Robot for the Visually Impaired: Formalizing Wayfinding, Interaction Modeling, and Safety Mechanism

要約

この論文では、四足歩行ロボットを視覚障害のある人のための案内ロボットに変えるための原理を検討します。
誘導ロボットには、潜在的な盲目または視覚障害者 (BVI) ユーザーの 2 ～ 3% しか利用できない誘導動物の利用可能性が限られているという問題を解決する大きな可能性があります。
成功する誘導ロボットを構築するために、私たちの論文では、(1) 盲導犬と人間のナビゲーションメカニズムの形式化、(2) 彼らの相互作用のデータ駆動型モデルの開発、(3) ユーザーの安全性の向上という 3 つの重要なトピックを検討します。
まず、文献とインタビューに基づいたマルコフ決定プロセスを使用して、人間ガイドロボットチームの経路探索タスクを形式化します。
次に、視覚障害者 3 名と晴眼者 6 名から実際の人間とロボットのインタラクション データを収集し、チームのナビゲーション動作を効果的にシミュレートする「遅延ハーネス」と呼ばれるインタラクション モデルを開発しました。
さらに、危険なアクションを予測して除外することでユーザーの安全性を高めるアクション シールド メカニズムを導入します。
開発した相互作用モデルと安全機構をシミュレーションで評価し、それぞれ予測誤差と衝突回数を大幅に削減します。
また、ユーザーを $100+$~m の軌道に沿って誘導することにより、剛性ハーネスを備えた四足歩行ロボット上で統合システムを実証します。

要約(オリジナル)

This paper explores the principles for transforming a quadrupedal robot into a guide robot for individuals with visual impairments. A guide robot has great potential to resolve the limited availability of guide animals that are accessible to only two to three percent of the potential blind or visually impaired (BVI) users. To build a successful guide robot, our paper explores three key topics: (1) formalizing the navigation mechanism of a guide dog and a human, (2) developing a data-driven model of their interaction, and (3) improving user safety. First, we formalize the wayfinding task of the human-guide robot team using Markov Decision Processes based on the literature and interviews. Then we collect real human-robot interaction data from three visually impaired and six sighted people and develop an interaction model called the “Delayed Harness” to effectively simulate the navigation behaviors of the team. Additionally, we introduce an action shielding mechanism to enhance user safety by predicting and filtering out dangerous actions. We evaluate the developed interaction model and the safety mechanism in simulation, which greatly reduce the prediction errors and the number of collisions, respectively. We also demonstrate the integrated system on a quadrupedal robot with a rigid harness, by guiding users over $100+$~m trajectories.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google