[論文レビュー] Enabling a Pepper Robot to provide Automated and Interactive Tours of a Robotics Laboratory

Gavin Suddrey, Adam Jacobson+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2018

Social Robot Interaction and HRI参考文献 12被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、オープンプランのロボティクスラボを対象として、ペッパー・ロボットが自律的かつインタラクティブにガイドツアーを提供できるシステムを提示する。独自のモーションコントローラーの開発、ROS/NAOqi統合、3次元点群から2次元マップを生成する手法により、ロボットは複雑な環境を効果的にナビゲートし、訪問者と対話しながら、デモンストレーション中に外部ロボット（ハーヴェイおよびカートマン）と同期した。

ABSTRACT

The Pepper robot has become a widely recognised face for the perceived potential of social robots to enter our homes and businesses. However, to date, commercial and research applications of the Pepper have been largely restricted to roles in which the robot is able to remain stationary. This restriction is the result of a number of technical limitations, including limited sensing capabilities, and have as a result, reduced the number of roles in which use of the robot can be explored. In this paper, we present our approach to solving these problems, with the intention of opening up new research applications for the robot. To demonstrate the applicability of our approach, we have framed this work within the context of providing interactive tours of an open-plan robotics laboratory.

研究の動機と目的

• 動的でオープンプランな環境におけるペッパー・ロボットの移動性とナビゲーションの制限を解決すること。
• 予測不能な回転行動や制限的な開発スタックといったハードウェアおよびソフトウェアの制限を克服すること。
• 外部のロボットシステムおよび環境センサーと統合することで、自律的かつインタラクティブなツアーを可能にすること。
• 将来的なモバイルソーシャルロボットの研究および展開を支援する、堅牢でオープンソースのソフトウェアスタックを開発すること。
• ペッパーを現実世界のロボティクスラボ環境で移動ガイドとして使用する可能性を実証すること。

提案手法

• ペッパー・ロボット上でソフトウェアのコンパイルとデプロイを簡素化するためのアップデート済み仮想マシン環境を構築した。
• 低速走行時の回転挙動を安定化させるための新しいモーションコントローラーを設計した。
• ロボットの深度センサーが取得した3次元点群から正確な2次元メトリックマップを生成する手法を実装した。
• NAOqiソフトウェアスタックとROSナビゲーションスタックを統合するためのROS/NAOqiバインディングを開発した。
• 動画再生やロボットデモンストレーションなどの外部システムと同期することで、リアルタイムでの対話を可能にした。
• 視覚マーカーとWi-Fi接続を用いたマーカー基準のナビゲーションシステムを導入し、事前に定義されたツアーのウェイポイントを経由してロボットを誘導した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 センサーおよび運動制限があるにもかかわらず、ペッパー・ロボットが複雑なオープンプランラボ環境を信頼性を持って自律ナビゲートできるか？
• RQ2 予測不能な回転挙動をどのように軽減すれば、人間との対話に適した安定したナビゲーションを実現できるか？
• RQ3 深度センサーからの3次元点群データをどれだけ活用して、局所化およびナビゲーションに適した正確な2次元マップを生成できるか？
• RQ4 外部ロボットシステム（例：ハーヴェイおよびカートマン）とペッパーを統合することで、同期的かつインタラクティブなデモンストレーションを実現できるか？
• RQ5 現実世界の動的で研究目的のラボ環境にこのようなシステムを展開する際の実用的課題は何か？

主な発見

• 独自に開発したモーションコントローラーにより、ペッパー・ロボットの低速走行時の不安定な回転挙動が効果的に解消され、滑らかで予測可能な運動が実現した。
• 3次元点群から2次元マップを生成する手法により、ロボットがラボ環境で局所化およびナビゲートを効果的に行える使用可能なメトリックマップが得られた。
• ROS/NAOqi統合により、ROSナビゲーションスタックの全機能が活用可能になり、経路計画および障害物回避の能力が顕著に向上した。
• ペッパー・ロボットは4つのマーカーを通過する完全なインタラクティブツアーを成功裏に完了し、動画再生および外部ロボット（ハーヴェイおよびカートマン）と同期した。
• 実環境でのシステムの堅牢性が実証されたが、信頼性に欠けるローカルWi-Fiネットワークへの依存、および補助ロボットの複雑さが主な運用上の課題 remained であった。
• ロボットが訪問者および周辺技術と自律的にナビゲートし、対話できる能力は、従来の固定型または遠隔操作型のペッパー導入と比較して顕著な前進を示した。