Intégration et évaluation de capacités interactives d'un robot humanoïde

Le domaine de l'Interaction Humain-Robot (HRI) est en pleine expansion. En effet, de plus en plus de plateformes robotiques sont mises en oeuvre pour faire évoluer ce domaine. Sur ces plateformes, toujours plus de modalités d'interaction sont mises en place telles que les mouvements corporels, la reconnaissance de gestes ou d'objets, la reconnaissance et la synthèse vocale ou encore la mobilité, pour pouvoir effectuer l'interaction la plus complète et la plus naturelle pour l'humain. Mais ceci amène aussi une complexité croissante de l'intégration de ces modalités sur une seule et même plateforme. Aussi, le domaine HRI étant à ses débuts, la méthodologie expérimentale des travaux se limite le plus souvent à des preuves de concept éprouvées en laboratoire ou en milieux ouverts non contrôlés. Il se trouve que peu de chercheurs présentent une démarche structurée et rigoureuse pour l'évaluation expérimentale d'interaction humain-robot en milieux ouverts, et il en résulte des recherches de types exploratoires qui examinent principalement la complexité technologique des modalités interactives à mettre en oeuvre, et non l'impact de ces modalités sur la qualité des interactions. Le but de l'étude présentée dans ce document est d'étudier l'intégration de plusieurs modalités interactives sur un robot mobile humanoïde telles que la parole, les gestes et la mobilité sur la qualité des interactions humain-robot. Plus spécifiquement, le contexte de l'étude consiste à examiner l'impact de modalités interactives sur la capacité du robot à attirer l'attention d'une personne et à engager une interaction avec elle. Le scénario expérimental consiste à permettre au robot, à partir de la parole, d'expressions faciales, de mouvement de la tête, de gestes avec son bras et de sa mobilité, de demander de l'assistance à une personne à proximité de lui remettre un objet se trouvant au sol. L'hypothèse sous-jacente est que l'intégration de l'ensemble de ces modalités devrait améliorer la capacité du robot à engager des personnes à interagir avec lui. Des expérimentations ont été faites en milieu contrôlé et non-contrôlé selon deux protocoles expérimentaux : une étude des modalités à l'intérieur d'une population, et une étude de variation entre individus. D'une manière générale, il en ressort que l'ajout de modalités améliore la qualité de l'engagement de l'interaction par le robot, mais qu'il faut porter une attention particulière à l'approche de la personne par le robot, principalement pour les personnes non familières avec ce dernier. De plus, les observations indiquent qu'il est plus facile d'obtenir des résultats significatifs en environnement contrôlé, elles permettent d'identifier des pistes d'amélioration pour éventuellement arriver à en obtenir en milieu non-contrôlé. Enfin, ce premier projet d'intégration et d'évaluation de capacités interactives d'un robot mobile servira à alimenter une prochaine itération avec un robot plus sophistiqué présentement en conception

MARIE, une architecture d'intégration de composants logiciels hétérogènes pour le développement de systèmes décisionnels en robotique mobile et autonome

""Aujourd'hui, la création de systèmes décisionnels en robotique mobile et autonome requiert l'intégration de nombreuses capacités motrices, sensorielles et cognitives au sein de chacun des projets réalisés. Ces capacités sont généralement issues de différents domaines de recherche, comme par exemple la navigation autonome, la planification, les interactions humain-machine, la localisation, la vision artificielle et le contrôle d'actionneurs, pour ne nommer que ceux-ci. D'un point de vue logiciel, deux défis de taille sont issus de ce besoin d'intégration : 1) la complexification de l'analyse des requis pour choisir, construire et interconnecter les différents composants logiciels qui permettent la réalisation de ces capacités, et 2) l'interconnectivité limitée des composants logiciels disponibles dans la communauté robotique causée par le fait qu'ils sont typiquement hétérogènes, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas complètement compatibles ou interopérables. Cette thèse propose une solution principalement au défi d'interconnectivité limité en se basant sur la création d'une architecture d'intégration logicielle appelée MARIE, qui permet d'intégrer des composants logiciels hétérogènes utilisant une approche de prototypage rapide pour le développement de systèmes décisionnels en robotique mobile et autonome. Grâce à cette approche, la réalisation de systèmes décisionnels complets pourrait se faire plus tôt dans le cycle de développement, et ainsi favoriser l'analyse des requis nécessaires à l'intégration de chacun des composants logiciels du système. Les résultats montrent que grâce au développement de l'architecture d'intégration logicielle MARIE, plus de 15 composants logiciels provenant de sources indépendantes ont été intégrées au sein de plusieurs applications robotiques (réelles et simulées), afin de réaliser leurs systèmes décisionnels respectifs. L'adaptation des composants déjà existants dans la communauté robotique a permis notamment d'éviter la tâche souvent ardue de réécrire le code nécessaire pour chacun des composants dans un seul et même environnement de développement. Les résultats montrent également que grâce à une méthodologie d'évaluation logicielle appelée ARID, nous avons pu recueillir de l'information utile et pertinente à propos des risques associés à l'utilisation de MARIE pour réaliser une application choisie, sans devoir construire une application de test et sans avoir recours à de la documentation complète de l'architecture logicielle ni celle de l'application à créer. Cette méthode s'inscrit ainsi dans la liste des outils qui permettent de faciliter l'analyse des requis d'intégration reliés à la création de systèmes décisionnels en robotique mobile et autonome."

Planification d'actions concurrentes sous contraintes et incertitude

Cette thèse présente des contributions dans le domaine de la planification en intelligence artificielle, et ce, plus particulièrement pour une classe de problèmes qui combinent des actions concurrentes (simultanées) et de l'incertitude. Deux formes d'incertitude sont prises en charge, soit sur la durée des actions et sur leurs effets.Cette classe de problèmes est motivée par plusieurs applications réelles dont la robotique mobile, les jeux et les systèmes d'aide à la décision.Cette classe a notamment été identifiée par la NASA pour la planification des activités des rovers déployés sur Mars. Les algorithmes de planification présentés dans cette thèse exploitent une nouvelle représentation compacte d'états afin de réduire significativement l'espace de recherche. Des variables aléatoires continues sont utilisées pour modéliser l'incertitude sur le temps. Un réseau bayésien, qui est généré dynamiquement, modélise les dépendances entre les variables aléatoires et estime la qualité et la probabilité de succès des plans. Un premier planificateur, ACTUP LAN nc basé sur un algorithme de recherche à chaînage avant, prend en charge des actions ayant des durées probabilistes. Ce dernier génère des plans non conditionnels qui satisfont à une contrainte sur la probabilité de succès souhaitée. Un deuxième planificateur, ACTUP LAN, fusionne des plans non conditionnels afin de construire des plans conditionnels plus efficaces. Un troisième planificateur, nommé QUANPLAN, prend également en charge l'incertitude sur les effets des actions. Afin de modéliser l'exécution simultanée d'actions aux effets indéterminés, QUANP LAN s'inspire de la mécanique quantique où des états quantiques sont des superpositions d'états classiques. Un processus décisionnel de Markov (MDP) est utilisé pour générer des plans dans un espace d'états quantiques. L'optimalité, la complétude, ainsi que les limites de ces planificateurs sont discutées. Des comparaisons avec d'autres planificateurs ciblant des classes de problèmes similaires démontrent l'efficacité des méthodes présentées. Enfin, des contributions complémentaires aux domaines des jeux et de la planification de trajectoires sont également présentées

Manuscript Click here to download Manuscript: AR2006.tex Spartacus Attending the 2005 AAAI Conference

1 Spartacus is the name of our robot entry at the 2005 AAAI Mobile Robot Challenge, which consists of making a robot attend the National Conference on Artificial Intelligence. Designing robots that are capable of interacting with humans in real life settings can be considered the ultimate challenge when it comes to intelligent autonomous systems. One key issue is the integration of multiple modalities (e.g., mobility, physical structure, navigation, vision, audition, dialogue, reasoning) into a coherent implementation. Such integration increases the complexity and the diversity of interactions the robot can have, as of analysis and monitoring of such increased capabilities. This paper reports on our solutions and findings resulting from the hardware, software and computation integration work on Spartacus, along with future perspectives regarding this initiative