[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出了一套系统，使Pepper机器人能够在开放布局的机器人实验室中自主导航，并提供互动式、引导式的导览服务。通过开发定制化的运动控制器、ROS/NAOqi集成，以及从3D点云生成2D地图，该机器人成功在复杂环境中导航，与访客流互动，并在演示过程中与外部机器人（Harvey和Cartman）实现同步。

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.

研究动机与目标

• 解决Pepper机器人在动态、开放布局环境中的移动性和导航挑战。
• 克服硬件和软件限制，包括不可预测的转向行为和受限的开发栈。
• 通过将机器人与外部机器人系统和环境传感器集成，实现自主、互动的导览。
• 开发一个稳健的开源软件栈，以支持未来移动社交机器人研究和部署。
• 展示在真实世界机器人实验室环境中使用Pepper作为移动导览员的可行性。

提出的方法

• 创建了更新的虚拟机环境，以简化在Pepper机器人上进行软件编译和部署的流程。
• 设计了一种新型运动控制器，以稳定机器人在低速时的转向行为，减少不可预测的运动。
• 实现了一种方法，利用机器人深度传感器捕获的3D点云生成精确的2D度量地图。
• 开发了ROS/NAOqi绑定，将NAOqi软件栈与ROS导航栈集成，以提升路径规划能力。
• 通过同步机器人导览与外部系统（如视频播放和机器人演示），实现实时互动。
• 部署了基于标记的导航系统，利用视觉标记和Wi-Fi连接，引导机器人沿预设的导览路径前进。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在传感器和运动限制，Pepper机器人能否在复杂、开放布局的实验室环境中可靠地实现自主导航？
• RQ2 如何减轻机器人不可预测的转向行为，以支持稳定、面向人类的导航？
• RQ3 从深度传感器获取的3D点云数据在多大程度上可用于生成用于定位和导航的精确2D地图？
• RQ4 能否实现Pepper与外部机器人系统（如Harvey和Cartman）的集成，以支持同步、互动的演示？
• RQ5 在真实世界、动态的研究实验室环境中部署此类系统面临哪些实际挑战？

主要发现

• 定制的运动控制器成功解决了Pepper机器人在低速时的不稳定转向行为，实现了更平滑、更可预测的运动。
• 从3D点云生成2D地图的方法生成了可用的度量地图，使机器人能够在实验室环境中有效实现定位和导航。
• ROS/NAOqi集成使ROS导航栈的全部功能得以使用，显著提升了路径规划和障碍物避让能力。
• Pepper机器人成功完成了跨越四个标记的完整互动导览，同步了视频播放和外部机器人系统（Harvey和Cartman）。
• 该系统在真实环境中表现出稳健性，但对可能不可靠的本地Wi-Fi网络的依赖，以及辅助机器人的复杂性，仍是主要的运行挑战。
• 机器人自主导航并与访客及技术系统互动的能力，相较于以往的静态或遥控部署方式，实现了显著进步。