Εκπαίδευση Ρομποτικών Χειρονομιών Βάσει Πρωτογενών Δυναμικών Κινήσεων Σε Περιβάλλον Αλληλεπίδρασης Ανθρώπου-Ρομπότ

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία προτείνεται και υλοποιείται μια μέθοδος για την διδασκαλία χειρονομιών από άνθρωπο σε ανθρωπόμορφο ρομπότ με στόχο την αναπαραγωγή των χειρονομιών αυτών από το ρομπότ κατά την Αλληλεπίδραση Ανθρώπου-Ρομπότ (Human-Robot Interaction). Η διδασκαλία κάθε χειρονομίας βασίζεται σε Μάθηση από Επίδειξη (Learning from Demonstration) και χρησιμοποιεί καταγεγραμμένες κινήσεις ανθρωπίνων χεριών που εκτέλεσαν τη χειρονομία αυτή. Οι διακριτές και οι περιοδικές χειρονομίες κωδικοποιούνται μέσω του μοντέλου των Πρωτογενών Δυναμικών Κινήσεων (Dynamic Movement Primitives), το οποίο χρησιμοποιεί μη γραμμικά δυναμικά συστήματα για την αναπαράσταση της κίνησης και έχει τη δυνατότητα να γενικεύσει τις χειρονομίες αυτές αναλόγως, διατηρώντας τη γενικότερη μορφή τους. Η εκπαίδευση ενός συνδυασμού μιας διακριτής και μιας περιοδικής κίνησης καθίσταται επίσης δυνατή με τη χρήση των Πρωτογενών Δυναμικών Κινήσεων Τροποποιημένων Συντεταγμένων (Coordinate Changed Dynamic Movement Primitives), οι οποίες αποτελούν μια τροποποίηση των αρχικών δυναμικών συστημάτων. Επιπλέον, η εκπαίδευση πιο σύνθετων χειρονομιών που εκφράζουν μια πρόσθετη συμπεριφορά, σύμφωνα με κάποια παράμετρο του περιβάλλοντος, μπορεί να υλοποιηθεί με την προσθήκη Όρων Σύζευξης (Coupling Terms) στα αρχικά δυναμικά συστήματα. Για τον έλεγχο της λειτουργίας της μεθόδου εκπαίδευσης, επιλέχθηκαν για κάθε κατηγορία κινήσεων κάποιες χειρονομίες, οι οποίες καταγράφηκαν, διδάχθηκαν, γενικεύθηκαν και αναπαράχθηκαν από ένα ρομπότ NAO σε περιβάλλον προσομοίωσης. Η σύγκριση των γενικευμένων χειρονομιών με τις καταγεγραμμένες χειρονομίες επέδειξε την καταλληλότητα της μεθόδου αυτής για την εκπαίδευση ρομποτικών χειρονομιών πολλαπλών κατηγοριών.