Diseño y análisis de un sistema de comunicaciones en Android para interfaces multimodales

Se presenta el trabajo de fin de grado “Diseño y análisis de un sistema de comunicaciones en Android para interfaces multimodales”. Este proyecto se ha basado en el estudio de los tipos de comunicaciones para comunicar una Tablet con sistema operativo Android con el microprocesador Arduino y la placa Raspberry del robot del departamento de automática POTATO. Para esto se ha desarrollado una aplicación que permite probar los métodos seleccionados. Se trata de una nueva versión de una aplicación existente llamada ROSIE. POTATO es una plataforma de bajo coste, destinada a ser asistente de personas que necesitan cierta ayuda. Además, POTATO es un demostrador que permite probar técnicas de Inteligencia Artificial sobre un sistema real. Puesto que se pretende que el robot interactúe con el usuario para dar el mejor servicio posible, esta parte es muy importante. En cuanto al primer objetivo, POTATO se concibe como un asistente, por tanto, se plantean diversos objetivos particulares: • Sintetización de voz • Reconocimiento de voz • Reproducción de fotos, videos, música • Lectura de los sensores • Escritura de los actuadores Por todo ello, POTATO está formado por diferentes equipos informáticos, se trata por tanto de un sistema multimodal. Al otro lado del proyecto se encuentra ROSIE. Su nombre surge de las siglas: RObot Social con Inteligencia Emocional. ROSIE es una aplicación desarrollada en el sistema operativo Android que permitirá al usuario comunicarse con POTATO. Esta plataforma debe permitir varias funciones que faciliten la interacción con el robot tanto para controlarle como para consultar su estado. Una vez introducido el proyecto, el objetivo principal de este trabajo ha sido el estudio, la realización y comprobación de la comunicación entre las dos partes descritas. Para comenzar esta tarea se hizo un estudio de las comunicaciones en general. Como se explica en el capítulo 3, las comunicaciones son muy diversas y cada tipo puede servir para un objetivo particular. Por esto, era de gran importancia conocerlas y saber cómo abordar el problema. De todos los tipos de comunicaciones se eligieron 3 para el estudio: • La comunicación inalámbrica por Bluetooth • La comunicación a través de la red de Ethernet • La comunicación a través de un cable USB En el capítulo 4, se estudió la comunicación Bluetooth. La conexión Bluetooth sirve para el intercambio de datos a corta distancia y se consigue mediante enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2,4 GHz. Después de un estudio bastante profundo de todos los aspectos del Bluetooth se llega a la conclusión de que sus aplicaciones son restringidas. Su alcance no es muy grande y su seguridad es limitada o casi nula, pero para lo que nos concierne en el proyecto, estos dos aspectos no eran importantes. Lo que sí nos importa es la velocidad de transmisión que aporta el Bluetooth y el hecho de que sea un modo de comunicación de bajo consumo de energía. en conclusión, el Bluetooth se considera un buen método de comunicación para el proyecto. Finalmente, para llevar a cabo esta comunicación se estudió la manera de implementarla en Java, y por lo tanto en el sistema operativo Android. Siguiendo con el estudio de comunicaciones, en el capítulo 5 se estudia la red Ethernet y dos protocolos de transporte: TCP y UDP. Ethernet es un estándar de transmisión de datos destinado a las redes de área local. Su algoritmo de acceso al medio es tal que sus dispositivos escuchan antes de transmitir al medio. Lo que quiere decir que primero se verifica la disponibilidad de los recursos y luego se procede a la transmisión. En el modelo TCP/IP, en la capa de transporte, existen dos protocolos: el TCP y el UDP. Se comenzó con el estudio del protocolo TCP. El “Transmission Control Protocol” (TCP) tiene como característica principal que es necesario establecer una conexión previa a la comunicación y que garantiza que los datos se transmitan sin error y en el mismo orden en el que fueron enviados. Por otro lado, el “User Datagram Protocol” es como un protocolo del transporte de datos que se basa en el intercambio de datagramas. Su particularidad es que es posible enviar datagramas sin realizar una conexión previa, puesto que los datagramas contienen la información suficiente en la cabecera. De la misma forma que en el Bluetooth, se estudió la forma de implementarlos en Android. Al comparar estos dos medios de comunicación se llega a la conclusión que para nuestro proyecto será mucho mejor una conexión UDP que en vez de priorizar la confiabilidad de entrega como en el TCP, prioriza la capacidad de recibimiento y disminuir la posibilidad de sobrecarga. El último método de comunicación que se tuvo en cuenta fue la conexión USB. Se trata de un bus de comunicaciones en el que sus conectores, cables y protocolos están definidos en un estándar para conectar diferentes tipos de dispositivos. Por las características vistas, el USB sería una buena opción de comunicación, salvo por el hecho de que la Tablet debe estar conectada a POTATO a través de un cable. Esto le resta autonomía al proyecto. Sin embargo, por sus características de velocidad de transmisión y fiabilidad se siguió considerando como posible método de comunicación. Al estudiar su implementación en Android, se constató que existen dos modos por los cuales un dispositivo se puede comunicar con USB: como accesorio o como Host, en función de quien realiza la alimentación. Para ROSIE solo es necesario implentar uno de ellos y se ha elegido el modo Host. En el capítulo 7 se llava a cabo una descripción de POTATO. El estudio del Robot es muy importante, ya que depende de las características de este la elección de la comunicación. Se analizaron su arquitectura física, sus componentes, su arquitectura lógica y los programas que lo componen. Finalmente, el capítulo 8 consta de una explicación del desarrollo de la aplicación ROSIE 5.1. Esta realiza varias funciones como reproducir música, vídeos, transformación de habla a texto, tomar fotos y otras acciones de interacción con el usuario. Los métodos de comunicación descritos se han implementado en Android Studio y se han probado con programas en C++ desde un PC. Después del estudio se decidió llevar a cabo las comunicaciones USB, UDP y Bluetooth. La comunicación UDP se utiliza para la transmisión de datos entre la Tablet y la Raspberry (donde se encuentran los programas de detección de olores y gestión emocional de POTATO) La comunicación Bluetooth se usa para la transmisión de datos con el Arduino, que se encarga de los sensores y servos de POTATO. A partir de este estudio de comunicaciones y de la realización de la aplicación se espera lograr una comunicación efectiva con POTATO, que nos permita por un lado controlarle y por otro consultar su estado