An Orientation & Mobility Aid for People with Visual Impairments

Orientierung&Mobilität (O&M) umfasst eine Reihe von Techniken für Menschen mit Sehschädigungen, die ihnen helfen, sich im Alltag zurechtzufinden. Dennoch benötigen sie einen umfangreichen und sehr aufwendigen Einzelunterricht mit O&M Lehrern, um diese Techniken in ihre täglichen Abläufe zu integrieren. Während einige dieser Techniken assistive Technologien benutzen, wie zum Beispiel den Blinden-Langstock, Points of Interest Datenbanken oder ein Kompass gestütztes Orientierungssystem, existiert eine unscheinbare Kommunikationslücke zwischen verfügbaren Hilfsmitteln und Navigationssystemen. In den letzten Jahren sind mobile Rechensysteme, insbesondere Smartphones, allgegenwärtig geworden. Dies eröffnet modernen Techniken des maschinellen Sehens die Möglichkeit, den menschlichen Sehsinn bei Problemen im Alltag zu unterstützen, die durch ein nicht barrierefreies Design entstanden sind. Dennoch muss mit besonderer Sorgfalt vorgegangen werden, um dabei nicht mit den speziellen persönlichen Kompetenzen und antrainierten Verhaltensweisen zu kollidieren, oder schlimmstenfalls O&M Techniken sogar zu widersprechen. In dieser Dissertation identifizieren wir eine räumliche und systembedingte Lücke zwischen Orientierungshilfen und Navigationssystemen für Menschen mit Sehschädigung. Die räumliche Lücke existiert hauptsächlich, da assistive Orientierungshilfen, wie zum Beispiel der Blinden-Langstock, nur dabei helfen können, die Umgebung in einem limitierten Bereich wahrzunehmen, während Navigationsinformationen nur sehr weitläufig gehalten sind. Zusätzlich entsteht diese Lücke auch systembedingt zwischen diesen beiden Komponenten — der Blinden-Langstock kennt die Route nicht, während ein Navigationssystem nahegelegene Hindernisse oder O&M Techniken nicht weiter betrachtet. Daher schlagen wir verschiedene Ansätze zum Schließen dieser Lücke vor, um die Verbindung und Kommunikation zwischen Orientierungshilfen und Navigationsinformationen zu verbessern und betrachten das Problem dabei aus beiden Richtungen. Um nützliche relevante Informationen bereitzustellen, identifizieren wir zuerst die bedeutendsten Anforderungen an assistive Systeme und erstellen einige Schlüsselkonzepte, die wir bei unseren Algorithmen und Prototypen beachten. Existierende assistive Systeme zur Orientierung basieren hauptsächlich auf globalen Navigationssatellitensystemen. Wir versuchen, diese zu verbessern, indem wir einen auf Leitlinien basierenden Routing Algorithmus erstellen, der auf individuelle Bedürfnisse anpassbar ist und diese berücksichtigt. Generierte Routen sind zwar unmerklich länger, aber auch viel sicherer, gemäß den in Zusammenarbeit mit O&M Lehrern erstellten objektiven Kriterien. Außerdem verbessern wir die Verfügbarkeit von relevanten georeferenzierten Datenbanken, die für ein derartiges bedarfsgerechtes Routing benötigt werden. Zu diesem Zweck erstellen wir einen maschinellen Lernansatz, mit dem wir Zebrastreifen in Luftbildern erkennen, was auch über Ländergrenzen hinweg funktioniert, und verbessern dabei den Stand der Technik. Um den Nutzen von Mobilitätsassistenz durch maschinelles Sehen zu optimieren, erstellen wir O&M Techniken nachempfundene Ansätze, um die räumliche Wahrnehmung der unmittelbaren Umgebung zu erhöhen. Zuerst betrachten wir dazu die verfügbare Freifläche und informieren auch über mögliche Hindernisse. Weiterhin erstellen wir einen neuartigen Ansatz, um die verfügbaren Leitlinien zu erkennen und genau zu lokalisieren, und erzeugen virtuelle Leitlinien, welche Unterbrechungen überbrücken und bereits frühzeitig Informationen über die nächste Leitlinie bereitstellen. Abschließend verbessern wir die Zugänglichkeit von Fußgängerübergängen, insbesondere Zebrastreifen und Fußgängerampeln, mit einem Deep Learning Ansatz. Um zu analysieren, ob unsere erstellten Ansätze und Algorithmen einen tatsächlichen Mehrwert für Menschen mit Sehschädigung erzeugen, vollziehen wir ein kleines Wizard-of-Oz-Experiment zu unserem bedarfsgerechten Routing — mit einem sehr ermutigendem Ergebnis. Weiterhin führen wir eine umfangreichere Studie mit verschiedenen Komponenten und dem Fokus auf Fußgängerübergänge durch. Obwohl unsere statistischen Auswertungen nur eine geringfügige Verbesserung aufzeigen, beeinflußt durch technische Probleme mit dem ersten Prototypen und einer zu geringen Eingewöhnungszeit der Probanden an das System, bekommen wir viel versprechende Kommentare von fast allen Studienteilnehmern. Dies zeigt, daß wir bereits einen wichtigen ersten Schritt zum Schließen der identifizierten Lücke geleistet haben und Orientierung&Mobilität für Menschen mit Sehschädigung damit verbessern konnten

Urban Street Networks and Sustainable Transportation

Urban street space is challenged with a variety of emerging usages and users, such as various vehicles with different speeds, passenger pick-up and drop-off by mobility services, increasing parking demand for a variety of private and shared vehicles, new powertrains (e.g., charging units), and new vehicles and services fueled by digitalization and vehicle automation. These new usages compete with established functions of streets such as providing space for mobility, social interactions, and cultural and recreational activities. The combination of these functions makes streets focal points of communities that do not only fulfill a functional role but also provide identity to cities. Streets are prominent parts of cities and are essential to sustainable transport plans. The main aim of the Street Networks and Sustainable Transportation collection is to focus on urban street networks and their effects on sustainable transportation. Accordingly, various street elements related to mobility, public transport, parking, design, and movement of people and goods at the street level can be included

Advances of Italian Machine Design

This 2028 Special Issue presents recent developments and achievements in the field of Mechanism and Machine Science coming from the Italian community with international collaborations and ranging from theoretical contributions to experimental and practical applications. It contains selected contributions that were accepted for presentation at the Second International Conference of IFToMM Italy, IFIT2018, that has been held in Cassino on 29 and 30 November 2018. This IFIT conference is the second event of a series that was established in 2016 by IFToMM Italy in Vicenza. IFIT was established to bring together researchers, industry professionals and students, from the Italian and the international community in an intimate, collegial and stimulating environment

Augmenting user capabilities through an adaptive assistive manipulator

Mención Internacional en el título de doctorAssistive robot manipulators have the potential to increase the independence of disabled persons in activities of daily living. The current designs are mainly limited to pure teleoperation by the user, given the need for keeping the user in the control loop, and the complexity of the tasks and environments in which they operate. This thesis aims to augment the user’s capabilities for performing such tasks by adapting the robot, and its level of assistance, to the user. Methodologies for modeling and benchmarking the complete human-robot system were established, which helped drive the development of different approaches to adaptation. This included a task-oriented optimization of the robot physical structure, approaches for low-level adaptive shared control, and work on interactive learning of, and assistance on completing, simple object manipulation tasks. Three experimental platforms were used: The ASIBOT manipulator of Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), the AMOR manipulator of Exact Dynamics, and the iCub humanoid robot.Los manipuladores asistenciales tienen el potencial de incrementar la independencia de personas discapacitadas en sus actividades de la vida diaria. Los diseños actuales se limitan principalmente a una pura teleoperación, pues dada la complejidad de las tareas y del entorno, se necesita mantener al usuario en el lazo de control. Esta tesis pretende mejorar las capacidades del usuario para realizar estas tareas, adaptando el robot y su nivel de asistencia a las necesidades del usuario. Se han establecido metodologías para el modelado y evaluación del comportamiento del sistema formado por humano y robot, lo que ha permitido el desarrollo de diferentes aproximaciones a la adaptación. Esto incluye desde la optimización de la estructura del robot atendiendo a las tareas, la evaluación de diversas aproximaciones al control compartido adaptativo a bajo nivel, al aprendizaje interactivo y el desarrollo de asistencias para completar tareas sencillas de manipulación. Se ha hecho uso de tres plataformas experimentales: el manipulador ASIBOT de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), el manipulador AMOR de Exact Dynamics y el humanoide iCub.Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y AutomáticaPresidente: Alberto Sanfeliú.- Secretario: Concepción Alicia Monje Micharet.- Vocal: Yiannis Demiri

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

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