Social robot navigation in urban dynamic environments

Abstract

Deploying mobile robots in social environments requires novel navigation algorithms which are capable of providing valid solutions in such challenging scenarios. The main objective of the present dissertation is to develop new robot navigation approaches able to solve in an intelligent way the navigation problem in urban settings while considering at the same time the interactions with pedestrians, similar to what people easily do with little attention. Before studying in depth navigation algorithms, this thesis focuses on prediction algorithms to provide a more detailed model of the scene. Understanding human motion in outdoor and indoor scenarios is an appealing requirement to characterize correctly urban settings. Urban environments consist essentially of static obstacles and people, which are treated as dynamic and highly uncertain obstacles. Accordingly, it is mandatory to calculate people's intentions in order to successfully build a human prediction model that generates the corresponding human trajectories and considers their interactions with the environment, such as other pedestrians, static obstacles or even robots. It is of great interest that service robots can navigate successfully in typical urban environments, which are dynamic and constrained. In addition, people's behavior should not be conditioned by the presence and the maneuvering of robots. To this end, the robot navigation should seek to minimize its impact on the environment, in our case, on people. This thesis proposes new robot navigation methods that contemplate the social interactions taking place in the scene. In order to procure more intelligence to the navigation algorithm, we propose to integrate seamlessly the human motion prediction information into a new robot planning approach. Real experimentation is essential for the validation of the navigation algorithms. As there are real people involved, we must validate the results in real settings since simulation environments have limitations. In this thesis, we have implemented all the prediction and navigation algorithms in our robotic platform and we have provided plenty of evaluations and testings of our algorithms in real settings.

Ubicar robots móviles en entornos sociales requiere novedosos algoritmos de navegación que sean capaces de aportar soluciones válidas en éstos exigentes escenarios. El prinicipal objetivo de la presente disertación es el de desarrollar nuevas soluciones para la navegación de robots que sean capaces de resolver, de una manera más inteligente, los problemas de navegación en emplazamientos urbanos, a la vez que se consideran las interacciones con los transeúntes de manera similar a lo que la gente hace fácilmente prestando poca atención. Antes de estudiar en profundidad los algoritmos de navegación, esta tesis se centra en los algoritmos de predicción para proporcionar un modelo más detallado de la escena. Entender el movimiento humando en entornos exteriores e interiores es un requerimiento deseable para caracterizar correctamente emplazamientos urbanos. Los entornos urbanos están consistituídos por muchos objetos dinámicos y altamente impredecibles, la gente. Por lo tanto, es obligatorio calcular las intenciones de la gente para constriur de manera exitosa un modelo de predicción humano que genere las correspondientes trayectorias humanas y considere sus interacciones con el entorno, como otros peatones, obstáculos estáticos o incluso robots. Es de gran interés que los robots de servicios puedan navegar correctamente en entornos típicamente urbanos, que son dinámicos y acotados, además de que el comportamiento de las personas no debería estar condicionado por la presencia y las maniobras de los robots. Con este fin, la navegación de robots debe buscar minimizar su impacto al entorno, en nuestro caso, a la gente. Esta tesis propone nuevos métodos para la navegación de robots que contemplen las interacciones sociales que suceden en la escena. Para proporcionar una navegación más inteligente, proponemos integrar de manera suave el algoritmo de predicción del movimiento humano con un nuevo enfoque de planificación de trayectorias. La experimentación real es esencial para la validación de los algoritmos de navegación. Ya que hay personas reales implicadas, debemos validar los resultados en emplazamientos reales porque el entorno de simulación tiene limitaciones. En esta tesis hemos implementado todos los algoritmos de predicción y de navegación en la plataforma robótica y hemos proporcionado multitud de evaluaciones y pruebas de nuestros algoritmos en entornos reales.