A multi-modal perception based assistive robotic system for the elderly

Edited by Giovanni Maria Farinella, Takeo Kanade, Marco Leo, Gerard G. Medioni, Mohan TrivediInternational audienceIn this paper, we present a multi-modal perception based framework to realize a non-intrusive domestic assistive robotic system. It is non-intrusive in that it only starts interaction with a user when it detects the user's intention to do so. All the robot's actions are based on multi-modal perceptions which include user detection based on RGB-D data, user's intention-for-interaction detection with RGB-D and audio data, and communication via user distance mediated speech recognition. The utilization of multi-modal cues in different parts of the robotic activity paves the way to successful robotic runs (94% success rate). Each presented perceptual component is systematically evaluated using appropriate dataset and evaluation metrics. Finally the complete system is fully integrated on the PR2 robotic platform and validated through system sanity check runs and user studies with the help of 17 volunteer elderly participants

Computational intelligence approaches to robotics, automation, and control [Volume guest editors]

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Système d'audition artificielle embarqué optimisé pour robot mobile muni d'une matrice de microphones

Dans un environnement non contrôlé, un robot doit pouvoir interagir avec les personnes d’une façon autonome. Cette autonomie doit également inclure une interaction grâce à la voix humaine. Lorsque l’interaction s’effectue à une distance de quelques mètres, des phénomènes tels que la réverbération et la présence de bruit ambiant doivent être pris en considération pour effectuer efficacement des tâches comme la reconnaissance de la parole ou de locuteur. En ce sens, le robot doit être en mesure de localiser, suivre et séparer les sources sonores présentes dans son environnement. L’augmentation récente de la puissance de calcul des processeurs et la diminution de leur consommation énergétique permettent dorénavant d’intégrer ces systèmes d’audition articielle sur des systèmes embarqués en temps réel. L’audition robotique est un domaine relativement jeune qui compte deux principales librairies d’audition artificielle : ManyEars et HARK. Jusqu’à présent, le nombre de microphones se limite généralement à huit, en raison de l’augmentation rapide de charge de calculs lorsque des microphones supplémentaires sont ajoutés. De plus, il est parfois difficile d’utiliser ces librairies avec des robots possédant des géométries variées puisqu’il est nécessaire de les calibrer manuellement. Cette thèse présente la librairie ODAS qui apporte des solutions à ces difficultés. Afin d’effectuer une localisation et une séparation plus robuste aux matrices de microphones fermées, ODAS introduit un modèle de directivité pour chaque microphone. Une recherche hiérarchique dans l’espace permet également de réduire la quantité de calculs nécessaires. De plus, une mesure de l’incertitude du délai d’arrivée du son est introduite pour ajuster automatiquement plusieurs paramètres et ainsi éviter une calibration manuelle du système. ODAS propose également un nouveau module de suivi de sources sonores qui emploie des filtres de Kalman plutôt que des filtres particulaires. Les résultats démontrent que les méthodes proposées réduisent la quantité de fausses détections durant la localisation, améliorent la robustesse du suivi pour des sources sonores multiples et augmentent la qualité de la séparation de 2.7 dB dans le cas d’un formateur de faisceau à variance minimale. La quantité de calculs requis diminue par un facteur allant jusqu’à 4 pour la localisation et jusqu’à 30 pour le suivi par rapport à la librairie ManyEars. Le module de séparation des sources sonores exploite plus efficacement la géométrie de la matrice de microphones, sans qu’il soit nécessaire de mesurer et calibrer manuellement le système. Avec les performances observées, la librairie ODAS ouvre aussi la porte à des applications dans le domaine de la détection des drones par le bruit, la localisation de bruits extérieurs pour une navigation plus efficace pour les véhicules autonomes, des assistants main-libre à domicile et l’intégration dans des aides auditives

World Modeling for Intelligent Autonomous Systems

The functioning of intelligent autonomous systems requires constant situation awareness and cognition analysis. Thus, it needs a memory structure that contains a description of the surrounding environment (world model) and serves as a central information hub. This book presents a row of theoretical and experimental results in the field of world modeling. This includes areas of dynamic and prior knowledge modeling, information fusion, management and qualitative/quantitative information analysis

Affective Computing

This book provides an overview of state of the art research in Affective Computing. It presents new ideas, original results and practical experiences in this increasingly important research field. The book consists of 23 chapters categorized into four sections. Since one of the most important means of human communication is facial expression, the first section of this book (Chapters 1 to 7) presents a research on synthesis and recognition of facial expressions. Given that we not only use the face but also body movements to express ourselves, in the second section (Chapters 8 to 11) we present a research on perception and generation of emotional expressions by using full-body motions. The third section of the book (Chapters 12 to 16) presents computational models on emotion, as well as findings from neuroscience research. In the last section of the book (Chapters 17 to 22) we present applications related to affective computing

World Modeling for Intelligent Autonomous Systems

The functioning of intelligent autonomous systems requires constant situation awareness and cognition analysis. Thus, it needs a memory structure that contains a description of the surrounding environment (world model) and serves as a central information hub. This book presents a row of theoretical and experimental results in the field of world modeling. This includes areas of dynamic and prior knowledge modeling, information fusion, management and qualitative/quantitative information analysis

Model-Based Environmental Visual Perception for Humanoid Robots

The visual perception of a robot should answer two fundamental questions: What? and Where? In order to properly and efficiently reply to these questions, it is essential to establish a bidirectional coupling between the external stimuli and the internal representations. This coupling links the physical world with the inner abstraction models by sensor transformation, recognition, matching and optimization algorithms. The objective of this PhD is to establish this sensor-model coupling