dc.creator | Kappel, Kristofer Stift | |
dc.date.accessioned | 2024-12-17T12:48:18Z | |
dc.date.available | 2024-12-17T12:48:18Z | |
dc.date.issued | 2024-09-23 | |
dc.identifier.citation | KAPPEL, Kristofer Stift. Em Busca de Navegação Socialmente Aceita e Confortável com Foco em Cadeiras de Rodas Autônomas. Orientador: Paulo Roberto Ferreira Jr.. 2024. 127 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14688 | |
dc.description.abstract | Service robots in public environments are becoming increasingly common. One
of the next steps for robotics is the development of autonomous personal navigation
robots, such as Autonomous Motorized Wheelchairs (AMW). An AMW differs drasti cally from other robots in terms of navigation, as it must take into account the fact that
the robot is actively carrying a person who is exposed to various social interactions,
turning the robot into an agent that needs to adhere to social rules during navigation.
For example, a traditional autonomous robot is not subject to discomfort during
navigation, which can significantly impact the user’s experience in an AMW. This study
primarily addresses the dual need for AMWs to navigate efficiently while adhering to
social norms, both in interactions with pedestrians and with the wheelchair’s user. The
semantics embedded in these social interactions are encoded in layers of costmaps
that represent the environment on a two-dimensional grid map, with each cell in
this grid holding a value associated with the described semantics. In addition to the
traditional cost maps for autonomous robot navigation, we use a layer for third-party
personal space, a layer that calculates comfort when traveling in an environment
concerning the distance from walls, and a layer that calculates visibility of the location.
A recurring problem is the isolated evaluation of these cost layers, without considering
the interactions resulting from their combination. The main objective of this work is to
analyze how these combined cost maps with different semantics behave concerning
both the AMW user and other people. Consequently, two different simulated scenarios
were developed, where an AMW must navigate between two points. One scenario
reflects a test environment used by a well-established study in the field, while the other
approximates a real-world scenario. Thus, the factors evaluated from the simulations
were the navigation completion rate, the total distance traveled by the robot, the rate of
invasion of humans’ personal space, the comfort of AMW navigation, and the visibility
of the user. Regarding the metrics, the combination of all the layers used showed
better results in all metrics, except for the total distance traveled. Among the resulting
behaviors, for example, it was observed that the inclusion of the comfort and visibility
layers had a positive impact on the smoothness coefficient of navigation, thus bringing
even more comfort to the user’s navigation. However, in the visibility coefficient results,
there was a reduction after the inclusion of the comfort and visibility layers without
the personal space layer, highlighting the need to analyze how changes in the gain of
each cost function of the layers contribute to the final result of the costmaps. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Navegação social | pt_BR |
dc.subject | Cadeiras de Rodas Autônomas | pt_BR |
dc.subject | Mapas de custo | pt_BR |
dc.subject | Interação Humano-Robô | pt_BR |
dc.subject | Social navigation | pt_BR |
dc.subject | Autonomous wheelchairs | pt_BR |
dc.subject | Costmaps | pt_BR |
dc.subject | Human-Robot Interaction | pt_BR |
dc.title | Em busca de navegação socialmente aceita e confortável com foco em cadeiras de rodas autônomas | pt_BR |
dc.title.alternative | Seeking for Socially Acceptable and Comfortable Navigation Focused on Autonomous Wheelchair | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0002-9124-8540 | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/9564087473461244 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0001-5631-6766 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/0481478169272902 | pt_BR |
dc.description.resumo | Robôs de serviço em ambientes públicos estão ficando cada vez mais comuns.
Um dos próximos passos para a robótica é o desenvolvimento de robôs autônomos
de navegação pessoal, tais como as Cadeiras de Rodas Motorizadas Autônomas
(CRMA). Uma CRMA difere drasticamente de outros robôs com relação à navegação,
pois é necessário levar em conta o fato de que o robô está ativamente carregando
uma pessoa, que está exposta a diversas interações sociais, transformando o robô
em um agente que precisa lidar com regras sociais durante a navegação. Dessa
maneira, um robô autônomo tradicional não está sujeito, por exemplo, a desconforto
durante a navegação, que é um fator que pode agravar a experiência do usuário em
uma CRMA. O estudo aborda, principalmente, a dupla necessidade das CRMAs de
navegar de forma eficiente, ao mesmo tempo em que aderem às normas sociais tanto
de interação com pedestre quanto de interações com o seu usuário. A semântica
existente nessas interações sociais é codificada em camadas de mapas de custo que
representam o ambiente em um mapa de duas dimensões em forma de grade, cada
célula nessa grade guarda um valor que é associado à semântica descrita. Além
dos mapas de custo tradicionais para a navegação de robôs autônomos utilizamos
uma camada referente ao espaço pessoal de terceiro, uma camada que calcula o
conforto de se trafegar em um ambiente com relação à distância das paredes e uma
camada que calcula a visibilidade do local. Um problema recorrente é a avaliação
isolada dessas camadas de custo, não averiguando quais as relações provenientes
da combinação delas. O principal objetivo do trabalho é realizar a análise de como
se comportam essas mesclas de mapas de custo de diferentes semânticas, tanto
com relação ao usuário da CRMA como às demais pessoas. Por conseguinte, foram
desenvolvidos dois cenários simulados diferentes, onde uma CRMA terá que navegar
entre dois pontos. Um dos cenários reflete um ambiente de testes utilizado por um
trabalho bem fundamento da área, o outro é uma aproximação de um cenário real.
Deste modo, os fatores avaliados a partir das simulações foram a taxa de conclusão
da navegação, a distância total percorrida pelo robô, a taxa de invasão do espaço
pessoal dos humanos, o conforto na navegação da CRMA e a visibilidade do usuário.
Com relação às métricas, a combinação de todas as camadas utilizadas apresentou
melhores resultados em todas as métricas, com exceção da distância total percorrida.
Dentre os comportamentos resultantes, por exemplo, foi possível observar que a
inclusão da camada de conforto e de visibilidade teve impacto positivo no coeficiente
de suavidade na navegação, trazendo assim, ainda mais comodidade para a nave gação do usuário. Entretanto, nos resultados do coeficiente de visibilidade, houve
uma redução após a inclusão das camadas de conforto e visibilidade, sem a camada
de espaço pessoal, evidenciando a necessidade de analisar como a alteração nos
ganho de cada função de custo das camadas contribui no resultado final dos mapas
de custo. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Computação | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Ferreira Junior, Paulo Roberto | |
dc.subject.cnpq1 | CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |