Collaborative Social Robot Navigation in Accompanying and Approaching Tasks

Tesis llevada a cabo para conseguir el grado de Doctor por la Universidad Politécnica de Cataluña.--2020-09-23Nuestra sociedad está evolucionando para incluir robots en nuestra vida cotidiana. Por tanto, es necesario desarrollar robots capaces de colaborar con personas para realizar tareas cotidianas, por ejemplo: acompañar, buscar, transportar, entre otras. En esta tesis, el objetivo principal ha sido desarrollar nuevos métodos de acompañamiento de personas y aproximación de robots hacia personas. El primero de los métodos desarrollados para cumplir con este objetivo ha sido el acompañamiento en Side-by-side con una persona, en donde el robot navega a la vez que acompaña a la persona. Esta navegación se ha estudiado en entornos estáticos (de edificios, calles, farolas, etc.) y en entornos dinámicos, en donde hay peatones y otros vehículos personales (bicis, patinetes, etc.) que se mueven alrededor. Para que estos modelos tengan en cuenta a las personas, se han hecho estudios de acompañamiento de personas, y se han utilizado para diseñar los modelos de navegación en side-by-side"de los robots. También, se han desarrollado dos métodos para acompañar a grupos de personas: el primero de ellos permite al robot acompañarlas mediante una formación en V. y segundo permite al robot acompañarlas usando una formación side-by-side. Se implementaron también varias habilidades para que el robot sea capaz de reaccionar ante comportamientos inesperados de las personas del entorno. Finalmente, se realizaron tres estudios de usuarios que demuestran la aceptabilidad de los voluntarios hacia ambos acompañamientos del robot, así como una comparativa de ambos métodos. Además, se ha implementado un método de aproximación de personas que permite al robot una aproximación más natural, al combinar G^2-Splines y el Extended Social Force Model. Finalmente, se han combinado ambas tareas: el acompañamiento y la aproximación. Desarrollando dos nuevos métodos: uno más simple que permite la aproximación mediante la intersección de caminos entre el grupo y la persona a la que se aproximan; y otro método donde el robot encuentra el punto óptimo de encuentro entre la persona y el grupo, además de posicionarse en formación triangulo con ambas personas en el punto de encuentro. Para el método más complejo se ha realizado un estudio de usuario para conocer la aceptabilidad del método por parte de la gente. Además, para todos los métodos se han desarrollado métricas de evaluación del comportamiento del robot basadas en proxemics, para conseguir un comportamiento socialmente aceptado por los humanos. También, todos los métodos fueron probados en simulación y áreas urbanas