Person Following Behavior by a Companion Robot

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaCada vez mais surgem robôs a partilhar o mesmo espaço físico que os humanos. Deste modo é importante pensar em como os robôs interagem com um humano e na partilha do mesmo espaço que eles. A forma como se movem e reagem passa a ter cada vez mais relevância e é uma componente cada vez mais presente em sistemas robóticos móveis. Aspetos relacionados com a movimentação do robô que não estão diretamente relacionados com comandos rígidos podem ter um impacto muito significativo na forma como a pessoa percepciona a presença do robô no mesmo espaço (e.g. agressividades, suavidade ou hesitação).No desenvolvimento deste trabalho, alguns destes aspetos são tidos em na programação do robô móvel para estabelecer uma relação adequada entre a perceção do humano pelo robô e a navegação (atuação) do robô no mesmo espaço físico que o humano.Infelizmente, a maioria das aplicações desenvolvidas não se focam na forma como o robô atua em termos de comportamento e forma de estar em espaços físicos habitualmente ocupados pelos humanos. Deste modo não é obtido um bom resultado de interação entre o robô e o humano.É precisamente com a noção apresentada que surge a vontade de trabalhar neste domínio e de realizar alguns progressos nesta área. Para isso foi desenvolvido um sistema de classificação de atividades humanas por forma a dotar o robô móvel de um nível mais avançado de decisão, baseado nas atividades que são reconhecidas da pessoa a ser seguida.Assim, neste trabalho, é apresentado um sistema robótico móvel implementado em ROS (Robot Operating System) que integra uma capacidade de percepção, baseada num sistema de rastreamento do esqueleto humano e na classificação das suas atividades. Esta informação é integrada numa camada de software que trata de aspetos comportamentais do robô, resultando num sistema de navegação desenvolvido tendo em consideração os requisitos específicos da aplicação pretendida: seguimento de uma pessoa. O robô é composto por alguns componentes que capacitam o sistema de realizar as particularidades mencionadas.Por fim, o sistema implementado no robô móvel sofreu um processo de validação experimental que sustenta todos os resultados apresentados em diversas situações. Primeiramente as componentes individuais do sistema foram alvo de uma análise individual de forma a validar as componentes de forma separada, tornando-as peças de um sistema maior que, por sua vez, podem ser reutilizadas em outros projetos de interação humano-robô..Uma análise mais intensiva foi realizada ao robô seguidor em plena integração das suas funções em operação, corroborando assim a sua funcionalidade.The number of robots that share the same human's fisical space is increasingly arising, thus is important think about the way that robots interact with humans and how they share the same space. The way how robots are, move and react became a very relevant aspect and it is an element even more present in mobile robotic systems. Issues related to robot's movement which are not directly associated with rigid commands, may have a significant impact on how a person perceives the robot's presence in the same space (e.g. aggressiveness, softness or hesitation).To perform this work, some of these aspects were taken into consideration in mobile robot programming to establish an appropriate relationship between the perception of the human by the robot and navigation (operation) of the robot in the same physical space as the human.Unfortunately, most of the developed applications do not focus on how the robot operates in accordance with the behavior and the way to be in physical spaces usually occupied by humans. Thus, it is not obtained good interaction result between the robot and the human.It is precisely with the notion presented that comes the desire to work in this field and make some progress. For this, it was developed a human activity classification system in order to give it a more advanced decision level based on activities that are recognized of the person to be followed.Thus, this work presents a mobile robot system implemented in ROS (Robot Operating System) and integrates a capacity of perception which is based on tracking systems of human's skeleton and classification of their activities, integrating this information into a software layer that deals with behavioral aspects of the robot. This results in a developed naviagtion system taking into account the specific requirements of the intended application: tracking a person.. The robot is composed by a few components that enable the system to perform the aforementioned characteristics.Finally, the system implemented in mobile robot underwent an experimental validation process that supports all the results presented in different situations. First, system individual components were the target of an individual analysis in order to validate the components separately, making the parts of a larger system, which in turn can be reused to other projects of human-robot interaction.A more intensive analysis was performed to the follower robot with full integration of its functions in operation, thus confirming its functionality