Human-centred design methods : developing scenarios for robot assisted play informed by user panels and field trials

Original article can be found at: http://www.sciencedirect.com/ Copyright ElsevierThis article describes the user-centred development of play scenarios for robot assisted play, as part of the multidisciplinary IROMEC1 project that develops a novel robotic toy for children with special needs. The project investigates how robotic toys can become social mediators, encouraging children with special needs to discover a range of play styles, from solitary to collaborative play (with peers, carers/teachers, parents, etc.). This article explains the developmental process of constructing relevant play scenarios for children with different special needs. Results are presented from consultation with panel of experts (therapists, teachers, parents) who advised on the play needs for the various target user groups and who helped investigate how robotic toys could be used as a play tool to assist in the children’s development. Examples from experimental investigations are provided which have informed the development of scenarios throughout the design process. We conclude by pointing out the potential benefit of this work to a variety of research projects and applications involving human–robot interactions.Peer reviewe

Design of a protocol for event-based network reconfiguration of active vision systems

Projecte final de carrera fet en col.laboració amb Leibniz Universtät HannoverCatalà: Avui en dia la vigilancia de grans àreas, com ara bancs, aeroports o ciutats es basa principalment en sistemas de video. Les Active Cameras (ACs) juguen un paper important per als sistemes de seguretat, ja que combinen video detecció, processament de video i comunicació en un sol dispositiu. Un punt feble és que les ACs son generalment fixes i poden apareixer oclusions que poden crear punts cecs al sistema. Aquests punts cecs poden ser superats mitjançant l?ús de ACs mòbils crean una xarxa mòbil, anomenada Active Camera Network (ACN), presentades en aquesta tesi. No obstant això, la mobilitat de les ACs ve juntament amb desafiaments en termes de coordinació i configuración. A més d?això, el cost de les ACs es més gran en comparació a les xarxes de cameres estatiques, però el nombre de guàrdies necessaris per inspeccionar una gran àrea com una ciutat per exemple o per controlar una gran quantitat de monitors es pot reduir considerablement amb les ACNs. El nostre objectiu és implementar l?arquitectura de un sistema auto-reconfigurable per una xarxa de ACs que poden anar muntades en robots mòbils pel terra o en microvehicles aeris (MAV). Així, les ACs decidirán per si mateixes on actualizar la seva posición per tal d?aconseguir un rendiment òptim del sistema. Per assolir aquest objectiu, les ACs aumentaran o disminuiran les regions espacials redundants amb el seus veïns fent focus en les regions mes sobrecarregades. El protocol presentat en aquesta tesi adapta la posición de les ACs per detectar les diferents trajectories que travessan la zona de vigilancia i que poden evolucionar amb el temps. Les simulacions han demostrat que el protocol presentat augmenta el rendiment general del sistema fins un 190% més gràcies a la reconfiguració i cooperación entre les ACs veïnes.Castellano: Hoy en día la vigilancia de grandes áreas, tales como bancos, aeropuertos o ciudades se basa principalmente en sistemas de video vigilancia. Las Active Cameras (ACs) juegan un papel importante para los sistemas de seguridad, ya que combinan video detección, procesamiento de video y comunicación en un solo dispositivo. Un punto débil es que las ACs son generalmente fijas y pueden aparecer oclusiones que creen puntos ciegos en el sistema. Estos puntos ciegos pueden ser superados mediante el uso de ACs móviles creando una red móvil, llamada Active Camera Network (ACN), presentadas en esta tesis. Sin embargo, la movilidad de las ACs viene junto con desafíos en términos de coordinación y configuración. Además de esto, el coste de las ACs es mayor en comparación a las redes de cámaras estáticas, pero el número de guardias necesarios para inspeccionar una gran área como una ciudad por ejemplo o para controlar una gran cantidad de monitores se puede reducir considerablemente con las ACNs. Nuestro objetivo es implementar la arquitectura de un sistema auto-reconfigurable para una red de ACs que pueden ir montadas en robots móviles por el suelo o en micro vehículos aéreos (MAV). Así, las ACs decidirán por sí mismas donde actualizar sus posiciones con el fin de conseguir un rendimiento óptimo del sistema. Para alcanzar este objetivo, las ACs aumentarán o disminuirán las regiones espaciales redundantes con sus vecinos haciendo foco en las regiones más sobrecargadas. El protocolo presentado en esta tesis adapta la posición de las ACs para detectar las diferentes trayectorias que atraviesan la zona de vigilancia y que pueden evolucionar con el tiempo. Las simulaciones han demostrado que el protocolo presentado aumenta el rendimiento general del sistema hasta un 190% más gracias a la reconfiguración y cooperación entre las ACs vecinas.English: Nowadays surveillance of large areas, such as banks, airports or cities is mostly based on vision systems. Smart Cameras (SCs) play an important role for security systems as they combine video sensing, video processing and communication within a single device. One weak point is that SCs are usually stationary and so occlusions may create blind spots in the system. These blind spots may be overcome by using mobile SCs, so called Active Camera Networks (ACNs), as introduced in this thesis. Nevertheless, mobility of SCs come along with challenges in terms of coordination and configuration. In addition to this, the cost of ACs is higher in comparison to static camera networks but the number of guards needed to survey a large area like a city or to control a lot of monitors can be reduced considerably with AC networks. Our goal is to implement a self-reconfiguration system architecture for networked smart cameras that could be mounted either on mobile robots on the ground or Micro Air Vehicles (MAVs). Thus, the ACs will decide by themselves where to update their position in order to achieve the optimal system's performance. To reach that goal, ACs will increase or decrease spatial redundancy regions with their neighbours to overcome overloaded regions. The protocol presented in this thesis adapts the position of the ACN to the different trajectories that traverse a surveillance area over time. The simulations have shown that the presented protocol increase the overall performance due to the node reconfiguration and cooperation between neighbouring ACs

Advances in Human-Robot Interaction

Rapid advances in the field of robotics have made it possible to use robots not just in industrial automation but also in entertainment, rehabilitation, and home service. Since robots will likely affect many aspects of human existence, fundamental questions of human-robot interaction must be formulated and, if at all possible, resolved. Some of these questions are addressed in this collection of papers by leading HRI researchers

Des cartes combinatoires pour la construction automatique de modèles d'environnement par un robot mobile

Ce travail s'inscrit dans la problématique classique de localisation et de cartographie simultanées pour un robot mobile évoluant en milieu intérieur supposé inconnu. Son originalité réside dans la définition d'un modèle de carte très structuré fondé sur un outil algébrique appelé « carte combinatoire », qui combine plusieurs types de représentations géométriques (modèles surfaciques et cartes basées sur des primitives géométriques) et fournit des informations topologiques telles que les liens d'adjacence. Nous détaillons la chaîne algorithmique permettant de construire des cartes en ligne suivant ce modèle, avec un robot équipé d'un télémètre laser à balayage : il s'agit d'adapter les techniques habituelles basées sur le filtrage de Kalman afin de gérer les relations d'adjacence (appariement de chaînes polygonales, définition de points de cassure virtuels, mises à jour géométrique et topologique spécifiques). Des résultats expérimentaux illustrent et valident les divers mécanismes mis en oeuvre. ABSTRACT : This thesis focuses on the well-known Simultaneous Localization And Map-building (SLAM) problem for indoor mobile robots. The novelty of this work lies in the definition of a well-structured map model based on an algebraic tool called « combinatorial map » which combines different kinds of geometric representations (space-based, grid-based as well as feature-based formats) and provides topological information such as adjacency links between map elements. We describe the whole algorithm designed to build maps on line according to this model, using a robot equipped with a laser scanner. Classical techniques relying on Kalman filtering are adapted in order to deal with adjacency relationships (via polyline matching, the use of virtual break-points and specific geometric and topological update operations). Exeprimental results are presented to illustrate and validate the various mecanisms involved in this process

Des cartes combinatoires pour la construction automatique de modèles d'environnement par un robot mobile

Ce travail s'inscrit dans la problématique classique de localisation et de cartographie simultanées pour un robot mobile évoluant en milieu intérieur supposé inconnu. Son originalité réside dans la définition d'un modèle de carte très structuré fondé sur un outil algébrique appelé « carte combinatoire », qui combine plusieurs types de représentations géométriques (modèles surfaciques et cartes basées sur des primitives géométriques) et fournit des informations topologiques telles que les liens d'adjacence. Nous détaillons la chaîne algorithmique permettant de construire des cartes en ligne suivant ce modèle, avec un robot équipé d'un télémètre laser à balayage : il s'agit d'adapter les techniques habituelles basées sur le filtrage de Kalman afin de gérer les relations d'adjacence (appariement de chaînes polygonales, définition de points de cassure virtuels, mises à jour géométrique et topologique spécifiques). Des résultats expérimentaux illustrent et valident les divers mécanismes mis en oeuvre