Exp´erimentations sur Rackham et discussions associ´ees

Une campagne d’exp´erimentation a ´et´e r´ealis´ee dans notre salle robotique (4 × 5 m2_{) en}

pr´esence de nombreuses personnes afin de valider l’approche propos´ee. Rappelons que notre

1_{La distance d}

5.3. ASSERVISSEMENT VISUEL POUR LE SUIVI DE L’UTILISATEUR 95 objectif est d’effectuer une tˆache consistant `a accompagner une personne novice, ´equip´ee d’un badge RFID, dans un lieu dynamique, naturel et encombr´e en respectant les contraintes im- pos´ees : (i) l’utilisateur doit toujours ˆetre centr´e dans l’image et (ii) une distance dsuivi = 2m

doit ˆetre maintenue entre l’utilisateur et le robot. Pendant ces ´evaluations, pour des raisons de s´ecurit´e, les vitesses lin´eaires et angulaires du robot ont ´et´e limit´ees `a respectivement 0.4m.s−1

et0.6rad.s−1. Ces valeurs sont compatibles avec les d´eplacements de l’utilisateur2.

FIG. 5.8 – Ex´ecution classique d’une tˆache robotique de suivi sans obstacles : la ligne pleine

rouge (resp. pointill´ee bleue) repr´esente les positions du robot (resp. de l’utilisateur), alors que les lignes violettes montrent la direction de la cam´era.

La figure 5.8 d´ecrit l’environnement dans lequel ´evolue Rackham, la trajectoire pr´ed´efinie de l’utilisateur ainsi que la trajectoire du robot r´esultant de l’ex´ecution de la tˆache robotique dans un tel environnement. De nombreuses s´eries de tests ont ´et´e effectu´ees selon le sc´enario suivant : un visiteur entre dans la salle au niveau du point #1 et prend un badge RFID. L’utilisateur va

ensuite vers le point#2 avant de continuer vers le point #4 via le point #3. Il attend ensuite le

robot avant de retourner au point#1 afin de quitter la salle. Durant tout le trajet de #1 `a #4,

Rackham devra accompagner la personne en restant derri`ere elle, alors que durant le trajet retour (de#4 `a #1) Rackham restera devant l’utilisateur en tentant de conserver au mieux une distance

sociale acceptable i.e dsuivi.

Dans ces conditions nominales, la figure 5.9 d´etaille les images cl´es du flux vid´eo ainsi que les sorties du traqueur et les cartes de saillance RFID associ´ees. La figure 5.10 montre alors les diff´erents signaux des modulesHumTrack,RFIDetVisuserv`a savoir :

– les deux variablesHumTracketRFIDqui prennent la valeur1 lorsque la cible est d´etect´ee

respectivement dans l’image et par le syst`eme RFID, – l’angle θtag et la distance dtag mesur´e par le syst`eme RFID,

– les trois valeurs (vr, ωr, ωt) calcul´ees par le moduleVisuservet envoy´ees au robot.

Apr`es l’initialisation de la mission (a), le robot focalise son attention sur la personne cible grˆace aux donn´ees vid´eo (b). Les quatre ´etapes du sc´enario sont alors ex´ecut´ees. Entre les points

#1 et #2, le contact avec la cible est maintenu grˆace au syst`eme de vision. Les lois de commande

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

FIG. 5.9 – Exemple d’une s´equence. Notons que la position en azimut de la platine est repr´esent´ee par un arc de cercle rouge sur la carte RFID. Les carr´es bleus et verts repr´esentent respectivement les d´etections de visages et l’estim´ee MMSE alors que les points jaunes repr´esentent le nuage de particules avant r´e´echantillonnage.

sont alors calcul´ees en fonction des donn´ees fournies par le traqueur. La cible est centr´ee dans l’image alors que le robot ajuste sa distance `a l’utilisateur au moyen de l’´echelle du mod`ele. Entre les points#2 et #4 (c), la cible sort du champ de vue de la cam´era, ce qui induit un ´echec du tra-

queur visuel. Les lois de commande sont alors calcul´ees grˆace aux information RFID(dtag, θtag)

pour permettre au robot de faire face `a la personne cible et converger vers cette derni`ere jusqu’`a ce que dtag soit proche de dsuivi. La tˆache de suivi de personne est donc maintenue malgr´e la perte

du contact visuel alors que le syst`eme RFID guide la cam´era afin de r´ecup´erer le contact visuel (d). L’identification visuelle de l’utilisateur permet alors de r´einitialiser le traqueur (e) pendant que l’utilisateur retourne vers le point#1 (f). Pendant cette phase du sc´enario, la trajectoire du

robot rencontre celle de l’utilisateur. Comme attendu, dans le but de pr´eserver une distance so- ciale, le robot recule. Dans ces conditions nominales, la tˆache d’accompagnement de l’utilsateur est r´ealis´ee avec succ`es. L’erreur de suivi moyenne durant toute la mission est de0.08m malgr´e

le faible apport du syst`eme RFID.

Nous avons, dans un deuxi`eme temps, r´ealis´e une s´erie de tests pour effectuer des ´evaluations aussi bien qualitatives que quantitatives du sc´enario d´etaill´e ci-dessus. Ces ´evaluations ont ´et´e effectu´ees avec l’aide de personnes dont la plupart ne connaissaient pas le syst`eme qui ´etait test´e. Le sc´enario a ´et´e effectu´e10 fois pour chaque utilisateur en augmentant le nombre de personnes

pr´esentes autour du robot afin de g´en´erer des probl`emes d’occultations durant la mission. Le but de ces ´evaluations ´etant de quantifier la robustesse de la tˆache robotique d’accompagnement, et non d’´evitement, les passants occultent la personne cible mais ne perturbent pas la trajectoire du robot. Cette deuxi`eme tˆache sera ´evalu´ee plus loin. La figure 5.11 d´ecrit la configuration typique de l’environnement lors de telles ´evaluations. Plusieurs personnes passent entre Rackham et son

5.3. ASSERVISSEMENT VISUEL POUR LE SUIVI DE L’UTILISATEUR 97 0 10 20 30 40 50 60 70 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 v r 0 10 20 30 40 50 60 70 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 ω r 0 10 20 30 40 50 60 70 0 200 400 d tag 0 10 20 30 40 50 60 70 −0.4 −0.2 0 0.2 ω t 0 10 20 30 40 50 60 70 −1 0 1 2 HumTrack 0 10 20 30 40 50 60 70 −1 0 1 2 RFID 0 10 20 30 40 50 60 70 −50 0 50 θ tag (a) (b) (c) (d) (e) (f)

utilisateur, marchent `a cˆot´e de ce dernier ou mˆeme devant Rackham pendant un long moment. La perte de la cible provoque alors l’arrˆet du robot et une r´einitialisation du traqueur.

FIG. 5.11 – Ex´ecution d’une tˆache robotique de suivi avec obstacles : la ligne pleine rouge (resp. pointill´ee bleue) repr´esente les positions du ro- bot (resp. de l’utilisateur), alors que les lignes violettes montrent la direction de la cam´era. Les fl`eches noires repr´esentent les trajectoires des passants.

Plusieurs s´eries de 10 r´ealisations ont ´et´e

men´ees. Les performances du syst`eme sont ´evalu´ees sur l’ensemble des exp´erimentations et quantifi´ees par :

– le Ratio de Contact Visuel (RCV) d´efini par le rapport entre le temps o`u l’utili- sateur est pr´esent dans le champ de vi- sion du robot et le temps total de la mission. Cet indicateur mesure indirec- tement la robustesse de l’algorithme de suivi aux artefacts tels que les occulta- tions, les disparitions temporaires dues `a la pr´esence de passants.

– l’Erreur de Guidage d´efinie par Esuivi =

|d − dsuivi| o`u d est la distance courante

`a l’utilisateur ´evalu´e `a partir de l’´echelle

s de l’estim´e dans l’image. Cette erreur

mesure la capacit´e du robot `a suivre une personne `a une distance d´efinie dsuivi.

La figure 5.12 montre une s´equence type des tests effectu´es3_{correspondant `a l’environnement}

d´ecrit dans la figure 5.11. Dans la plupart des cas, le syst`eme bas´e sur la vision seule rencontre des difficult´es `a se (r´e-)initialiser apr`es de longues occultations de la personne cible, alors que le syst`eme multimodal est capable de d´epasser ce type de probl`emes. Ainsi, le premier dispositif ex´ecute12% des missions avec succ`es, tandis que plus de 85% d’entre elles sont r´eussies par le

syst`eme multimodal. Le tableau 5.1 d´etaille ces r´esultats avec un nombre croissant de passants au voisinage du robot.

Le Ratio de Contact Visuel reste constant pour les deux syst`emes ´evalu´es, mais les r´esultats montrent l’efficacit´e du syst`eme multimodal. En effet, l’ajout du dispositif RFID permet de conserver la cible dans le champ de vision plus de µ = 85% du temps de la mission malgr´e

la pr´esence de plus de 4 personnes autour du robot. La valeur importante de l’´ecart-type (not´e σ) est en grande partie due aux d´eplacements al´eatoires que nous avions demand´es aux passants

afin d’´evaluer le syst`eme dans des conditions r´ealistes. Nous avons ´egalement mesur´e l’erreur de guidage pendant ces tests. Sa valeur moyenne, autour de0.10m, est un peu plus ´elev´ee que celle

mesur´ee dans les conditions nominales puisqu’elle int`egre les tests effectu´es avec des passants. On ne peut alors que remarquer que l’ajout du RFID `a la vision permet d’am´eliorer la robus- tesse du syst`eme aux artefacts de l’environnement tels que les occultations longues, les sorties du champ de vue de la cam´era.

5.3. ASSERVISSEMENT VISUEL POUR LE SUIVI DE L’UTILISATEUR 99

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

FIG. 5.12 – S´equence type pour l’´evaluation du syst`eme. La premi`ere ligne montre la situation

Homme / Robot courante, la deuxi`eme montre le r´esultat du suivi et la troisi`eme montre la carte de saillance du syst`eme RFID.

Syst`eme test´e Nombre de passants : Total

1 2 3 4 et plus

µ σ µ σ µ σ µ σ µ σ

Vision seule 0.21 0.11 0.22 0.02 0.18 0.05 0.22 0.06 0.21 0.04

Vision + RFID 0.94 0.08 0.85 0.14 0.94 0.13 0.83 0.19 0.86 0.14

TAB. 5.1 – R´esultat du Ratio de Contact Visuel consid´erant de1 `a 4 passants.