Personalization framework for adaptive robotic feeding assistance

The final publication is available at link.springer.comThe deployment of robots at home must involve robots with pre-defined skills and the capability of personalizing their behavior by non-expert users. A framework to tackle this personalization is presented and applied to an automatic feeding task. The personalization involves the caregiver providing several examples of feeding using Learning-by- Demostration, and a ProMP formalism to compute an overall trajectory and the variance along the path. Experiments show the validity of the approach in generating different feeding motions to adapt to user’s preferences, automatically extracting the relevant task parameters. The importance of the nature of the demonstrations is also assessed, and two training strategies are compared. © Springer International Publishing AG 2016.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Conceção, projeto e desenvolvimento de um dispositivo de auxílio à alimentação de indivíduos com deficiência

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia BiomédicaA alimentação é uma atividade básica do dia-a-dia, mas existem pessoas que não se conseguem alimentar sozinhas, afetando a sua qualidade de vida, bem como a qualidade de vida dos que o rodeiam. Assim, com este projeto, pretende-se projetar e desenvolver um dispositivo de autoalimentação para estas pessoas. Após o levantamento dos dispositivos já existentes, foi estabelecida uma metodologia onde se definiram os objetivos, funções e especificações. Posteriormente, definiu-se a solução final através de várias soluções alternativas, onde este dispositivo final incorporará algumas características funcionais dos dispositivos de autoalimentação existentes no mercado, bem como apresentará uma utilização mais simples e prática. Por último, foram realizados testes de esforços e deformações a várias peças críticas, que verificam o bom funcionamento do dispositivo criado. De referir que todo o projeto foi realizado com o intuito de tornar o dispositivo desenvolvido o mais barato possível em comparação com os existentes no mercado, de forma a poder ser implementado em centros de dia, hospitais e casas particulares de modo economicamente viável.Feeding is a basic daily activity, but there are people who cannot feed themselves, affecting their quality of life, as well the quality of life of those around them. So, the goal with this project is to design and develop a self-feeding device for these people. After surveying the existing devices, a methodology was established where the objectives, functions and specifications were defined. Afterwards, the final solution was defined through several alternative solutions, where this final device will incorporate some functional characteristics of the existing self-feeding devices in the market, as well as present a simpler and more practical use. Finally, stress and strain tests were performed on several critical parts, which verify the proper functioning of the final device. It should be noted that the whole project was carried out with the intention of making the developed device as inexpensive as possible compared to those on the market, so that it can be implemented in day-care centres, hospitals, and private homes in an economically viable way

Système mécatronique d'aide à l'alimentation pour les personnes vivant avec des troubles de mouvement aux membres supérieurs

Plusieurs personnes vivent avec des incapacités qui affectent le contrôle du mouvement des membres supérieurs. Ces troubles de mouvement peuvent être présents sous forme de contractions involontaires, de mouvements spasmodiques ou de tremblements. Ceux-ci limitent ces personnes dans la réalisation de plusieurs tâches de la vie quotidienne. Des aides techniques peuvent alors servir à faciliter les déplacements, à compenser un manque de tonus musculaire ou à permettre la manipulation d'objets. Plus particulièrement, des aides techniques sont conçues pour les personnes vivant avec des troubles de mouvement aux membres supérieurs pour leur permettre de s'alimenter de manière autonome. Par contre, plusieurs facteurs limitent l'utilisation des aides techniques actuelles, tels que leur prix élevé ou leur complexité d'utilisation. L'objectif de ce mémoire est le développement d'une nouvelle aide à l'alimentation pour les personnes vivant avec des incoordinations motrices au niveau des membres supérieurs. L'hypothèse est que l'utilisation de l'aide à l'alimentation développée permettra d'améliorer la capacité des personnes avec des troubles de mouvement à s'alimenter de manière autonome. Cette assistance augmenterait l'implication de l'utilisateur lors des repas tout en réduisant la charge de travail des aidants ou préposés. Deux systèmes ont été développés : une version passive et une version active. La version passive consiste en un assemblage de barres qui maintiennent l'orientation de l'ustensile constante et amorti mécaniquement les mouvements brusques involontaires. Une version active a ensuite été développée, où des actionneurs remplacent les amortisseurs mécaniques, afn d'offrir une assistance plus intelligente.Many people are living with neurological disorders such as cerebral palsy, stroke, muscular dystrophy or dystonia, that affect the control of upper limb movement. These motor disorders can be involuntary contractions, spasmodic movement or tremors. These disorders limit in the accomplishment of several tasks of daily life. Technical aids can then be used to facilitate movement, to compensate for a lack of muscle tone or to allow the manipulation of objects. In particular, assistive devices are designed for people with upper limb movement disorders to eat autonomously. Several factors limit the use of current assistive devices, such as their high price or high complexity. The aim of this thesis is the development of a new eating aid for people with upper limbs motor disorders. The hypothesis is that the use of the eating assistance developed will improve the ability of people with movement disorders to eat autonomously. This assistance would increase user involvement while reducing the workload of the caregiver. Two assistive prototypes have been developed : a passive version and an active version. The passive version consists of a bar assembly that maintains the constant orientation of the utensil and mechanically dampens involuntary movements. An active version was then developed, where actuators replace the mechanical dampers, in order to offer a more intellignent assistance

Adapting robot behavior to user preferences in assistive scenarios

Aplicat embargament des de la data de defensa fins el 24 de juliol de 2020Robotic assistants have inspired numerous books and science fiction movies. In the real world, these kinds of devices are a growing need in amongst the elderly, who while life continue requiring more assistance. While life expectancy is increasing, life quality is not necessarily doing so. Thus, we may find ourselves and our loved ones being dependent and needing another person to perform the most basic tasks, which has a strong psychological impact. Accordingly, assistive robots may be the definitive tool to give more quality of life by empowering dependent people and extending their independent living. Assisting users to perform daily activities requires adapting to them and their needs, as they might not be able to adapt to the robot. This thesis tackles adaptation and personalization issues through user preferences. We 'focus on physical tasks that involve close contact, as these present interesting challenges, and are of great importance for he user. Therefore, three tasks are mainly used throughout the thesis: assistive feeding, shoe fitting, and jacket dressing. We first describe a framework for robot behavior adaptation that illustrates how robots should be personalized for and by end- users or their assistants. Using this framework, non-technical users determine how !he robot should behave. Then, we define the concept of preference for assistive robotics scenarios and establish a taxonomy, which includes hierarchies and groups of preferences, grounding definitions and concepts. We then show how the preferences in the taxonomy are used with Al planning systems to adapt the robot behavior to the preferences of the user obtained from simple questions. Our algorithms allow for long-term adaptations as well as to cope with misinformed user models. We further integrate the methods with low-level motion primitives that provide a more robust adaptation and behavior while lowering the number of needed actions and demonstrations. Moreover, we perform a deeper analysis in Planning and preferences with the introduction of new algorithms to provide preference suggestions in planning domains. The thesis then concludes with a user study that evaluates the use of the preferences in the three real assistive robotics scenarios. The experiments show a clear understanding of the preferences of users, who were able to assess the impact of their preferences on the behavior of the robot. In summary, we provide tools and algorithms to design the robotic assistants of the future. Assistants that should be able to adapt to the assisted user needs and preferences, just as human assistants do nowadays.Els assistents robòtics han inspirat nombrosos llibres i pel·lícules de ciència-ficció al llarg de la història. Però tornant al món real, aquest tipus de dispositius s'estan tornant una necessitat per a una societat que envelleix a un ritme ràpid i que, per tant, requerirà més i més assistència. Mentre l'esperança de vida augmenta, la qualitat de vida no necessàriament ho fa. Per tant, ens podem trobar a nosaltres mateixos i als nostres estimats en una situació de dependència, necessitant una altra persona per poder fer les tasques més bàsiques, cosa que té un gran impacte psicològic. En conseqüència, els robots assistencials poden ser l'eina definitiva per proporcionar una millor qualitat de vida empoderant els usuaris i allargant la seva capacitat de viure independentment. L'assistència a persones per realitzar tasques diàries requereix adaptar-se a elles i les seves necessitats, donat que aquests usuaris no poden adaptar-se al robot. En aquesta tesi, abordem el problema de l'adaptació i la personalització d'un robot mitjançant preferències de l'usuari. Ens centrem en tasques físiques, que involucren contacte amb la persona, per les seves dificultats i importància per a l'usuari. Per aquest motiu, la tesi utilitzarà principalment tres tasques com a exemple: donar menjar, posar una sabata i vestir una jaqueta. Comencem definint un marc (framework) per a la personalització del comportament del robot que defineix com s'han de personalitzar els robots per usuaris i pels seus assistents. Amb aquest marc, usuaris sense coneixements tècnics són capaços de definir com s'ha de comportar el robot. Posteriorment definim el concepte de preferència per a robots assistencials i establim una taxonomia que inclou jerarquies i grups de preferències, els quals fonamenten les definicions i conceptes. Després mostrem com les preferències de la taxonomia s'utilitzen amb sistemes planificadors amb IA per adaptar el comportament del robot a les preferències de l'usuari, que s'obtenen mitjançant preguntes simples. Els nostres algorismes permeten l'adaptació a llarg termini, així com fer front a models d'usuari mal inferits. Aquests mètodes són integrats amb primitives a baix nivell que proporcionen una adaptació i comportament més robusts a la mateixa vegada que disminueixen el nombre d'accions i demostracions necessàries. També fem una anàlisi més profunda de l'ús de les preferències amb planificadors amb la introducció de nous algorismes per fer suggeriments de preferències en dominis de planificació. La tesi conclou amb un estudi amb usuaris que avalua l'ús de les preferències en les tres tasques assistencials. Els experiments demostren un clar enteniment de les preferències per part dels usuaris, que van ser capaços de discernir quan les seves preferències eren utilitzades. En resum, proporcionem eines i algorismes per dissenyar els assistents robòtics del futur. Uns assistents que haurien de ser capaços d'adaptar-se a les preferències i necessitats de l'usuari que assisteixen, tal com els assistents humans fan avui en dia.Postprint (published version

Adapting robot behavior to user preferences in assistive scenarios

Robotic assistants have inspired numerous books and science fiction movies. In the real world, these kinds of devices are a growing need in amongst the elderly, who while life continue requiring more assistance. While life expectancy is increasing, life quality is not necessarily doing so. Thus, we may find ourselves and our loved ones being dependent and needing another person to perform the most basic tasks, which has a strong psychological impact. Accordingly, assistive robots may be the definitive tool to give more quality of life by empowering dependent people and extending their independent living. Assisting users to perform daily activities requires adapting to them and their needs, as they might not be able to adapt to the robot. This thesis tackles adaptation and personalization issues through user preferences. We 'focus on physical tasks that involve close contact, as these present interesting challenges, and are of great importance for he user. Therefore, three tasks are mainly used throughout the thesis: assistive feeding, shoe fitting, and jacket dressing. We first describe a framework for robot behavior adaptation that illustrates how robots should be personalized for and by end- users or their assistants. Using this framework, non-technical users determine how !he robot should behave. Then, we define the concept of preference for assistive robotics scenarios and establish a taxonomy, which includes hierarchies and groups of preferences, grounding definitions and concepts. We then show how the preferences in the taxonomy are used with Al planning systems to adapt the robot behavior to the preferences of the user obtained from simple questions. Our algorithms allow for long-term adaptations as well as to cope with misinformed user models. We further integrate the methods with low-level motion primitives that provide a more robust adaptation and behavior while lowering the number of needed actions and demonstrations. Moreover, we perform a deeper analysis in Planning and preferences with the introduction of new algorithms to provide preference suggestions in planning domains. The thesis then concludes with a user study that evaluates the use of the preferences in the three real assistive robotics scenarios. The experiments show a clear understanding of the preferences of users, who were able to assess the impact of their preferences on the behavior of the robot. In summary, we provide tools and algorithms to design the robotic assistants of the future. Assistants that should be able to adapt to the assisted user needs and preferences, just as human assistants do nowadays.Els assistents robòtics han inspirat nombrosos llibres i pel·lícules de ciència-ficció al llarg de la història. Però tornant al món real, aquest tipus de dispositius s'estan tornant una necessitat per a una societat que envelleix a un ritme ràpid i que, per tant, requerirà més i més assistència. Mentre l'esperança de vida augmenta, la qualitat de vida no necessàriament ho fa. Per tant, ens podem trobar a nosaltres mateixos i als nostres estimats en una situació de dependència, necessitant una altra persona per poder fer les tasques més bàsiques, cosa que té un gran impacte psicològic. En conseqüència, els robots assistencials poden ser l'eina definitiva per proporcionar una millor qualitat de vida empoderant els usuaris i allargant la seva capacitat de viure independentment. L'assistència a persones per realitzar tasques diàries requereix adaptar-se a elles i les seves necessitats, donat que aquests usuaris no poden adaptar-se al robot. En aquesta tesi, abordem el problema de l'adaptació i la personalització d'un robot mitjançant preferències de l'usuari. Ens centrem en tasques físiques, que involucren contacte amb la persona, per les seves dificultats i importància per a l'usuari. Per aquest motiu, la tesi utilitzarà principalment tres tasques com a exemple: donar menjar, posar una sabata i vestir una jaqueta. Comencem definint un marc (framework) per a la personalització del comportament del robot que defineix com s'han de personalitzar els robots per usuaris i pels seus assistents. Amb aquest marc, usuaris sense coneixements tècnics són capaços de definir com s'ha de comportar el robot. Posteriorment definim el concepte de preferència per a robots assistencials i establim una taxonomia que inclou jerarquies i grups de preferències, els quals fonamenten les definicions i conceptes. Després mostrem com les preferències de la taxonomia s'utilitzen amb sistemes planificadors amb IA per adaptar el comportament del robot a les preferències de l'usuari, que s'obtenen mitjançant preguntes simples. Els nostres algorismes permeten l'adaptació a llarg termini, així com fer front a models d'usuari mal inferits. Aquests mètodes són integrats amb primitives a baix nivell que proporcionen una adaptació i comportament més robusts a la mateixa vegada que disminueixen el nombre d'accions i demostracions necessàries. També fem una anàlisi més profunda de l'ús de les preferències amb planificadors amb la introducció de nous algorismes per fer suggeriments de preferències en dominis de planificació. La tesi conclou amb un estudi amb usuaris que avalua l'ús de les preferències en les tres tasques assistencials. Els experiments demostren un clar enteniment de les preferències per part dels usuaris, que van ser capaços de discernir quan les seves preferències eren utilitzades. En resum, proporcionem eines i algorismes per dissenyar els assistents robòtics del futur. Uns assistents que haurien de ser capaços d'adaptar-se a les preferències i necessitats de l'usuari que assisteixen, tal com els assistents humans fan avui en dia

Participative Urban Health and Healthy Aging in the Age of AI

This open access book constitutes the refereed proceedings of the 18th International Conference on String Processing and Information Retrieval, ICOST 2022, held in Paris, France, in June 2022. The 15 full papers and 10 short papers presented in this volume were carefully reviewed and selected from 33 submissions. They cover topics such as design, development, deployment, and evaluation of AI for health, smart urban environments, assistive technologies, chronic disease management, and coaching and health telematics systems