Interaktive Verhaltenssteuerung für robot companions

Das Bestreben in der Robotikforschung, Roboter zu entwickeln, die dem Menschen gewisse Dienste erweisen, ist nach wie vor ungebrochen. Dabei konzentriert sich die aktuelle Entwicklung zunehmend auf den Privatgebrauch: Es ist das Ziel, personliche Roboter zu entwickeln, die in Zukunft mit Menschen, einem Kameraden ahnlich, das Zuhause teilen konnen. Damit Menschen geneigt sind, sich einen solchen Robot Companion zuzulegen, muss er nutzlich und einfach zuganglich sein. Somit sind einerseits Fahigkeiten, wie z.B. "Tisch abraumen" und "Blumen giesen", zu realisieren. Andererseits sind die wenigsten Menschen Experten fur Robotik. Daher sollte der Roboter intuitiv bedienbar sein, so dass ein naturlicher Umgang zwischen Mensch und Robot Companion entsteht. Folglich muss der Roboter Dialoge in naturlicher Sprache fuhren konnen und Zeigegesten erkennen. Da solche Interaktionen in Privatwohnungen stattfinden, kann der Roboter weder die Umgebung noch alle dort denkbaren Gegenstande im Voraus kennen. Somit muss er dieses Wissen erlernen, um es in weiteren Interaktionen nutzen zu konnen. Um diese Herausforderungen zu losen, war es ein Ziel dieser Arbeit, eine Software-Architektur fur Robot Companions zu entwickeln. Das Konzept der Architektur sollte moglichst flexibel und erweiterbar sein, um diverse Interaktionsfahigkeiten integrieren zu konnen. Als weiteres Ziel sollte die Basis zur Interaktion mit Menschen geschaffen werden. Dazu wurde ein neuartiges multimodales Personen-Tracking entwickelt, das mit weiteren Interaktionsmodulen in der realisierten Architektur zu integrieren war. Das entwickelte Personen-Tracking ist multimodal, da es Daten von drei verschiedenen Sensorsystemen verarbeitet, um vor dem Roboter anwesende Personen robust zu verfolgen. Zur Sensordatenfusion wurde das "Multimodale Anchoring" entwickelt. Dieser neuartige Ansatz erlaubt es, gleichzeitig mehrere Personen anhand ihrer Gesichter, Oberkorper, Stimmen und Beine zu verfolgen, und sie auch voneinander zu unterscheiden. Somit kann eine Person bevorzugt betrachtet werden, indem die Sensoren auf sie gerichtet werden. Durch zugehorige Experimente wird die Leistungsfahigkeit des multimodalen Verfahrens belegt. Neben dem Personen-Tracking werden jeweils eine Aufmerksamkeitssteuerung fur Personen und Objekte und eine Dialogsteuerung vorgestellt. Diese Module sind im Rahmen anderer Promotionsvorhaben entwickelt worden und es galt, sie ebenfalls im Gesamtsystem zu integrieren. Die Aufmerksamkeitssteuerung fur Personen setzt auf dem Personen-Tracking auf und bestimmt den Interaktionspartner des Roboters. Zur sprachlichen Kommunikation mit dem Benutzer ist die Dialogsteuerung verantwortlich. Fur das Erfassen von zu lernenden Gegenstanden dient die Aufmerksamkeitssteuerung fur Objekte, die sprachliche und gestische Informationen kombiniert. Zur Entwicklung der Software-Architektur wurden Architekturen bestehender Robotersysteme untersucht und funktionale und strukturelle Anforderungen an einen Robot Companion formuliert. Das daraus entwickelte Architekturkonzept ist eine besonders flexible Drei-Ebenen-Architektur, die zur Koordination des Systems einen zentralen "Execution Supervisor" (ESV) besitzt und per XML kommuniziert. Der ESV empfangt von angebundenen Modulen Nachrichten, die Aktionen auslosen, wie z.B. das Weiterleiten von Daten an andere Module und das Rekonfigurieren des Systems. Dieses Konzept wurde schlieslich fur den Roboter BIRON umgesetzt. Dabei wurde der ESV so implementiert, dass er auserst generisch ist: Um ihn zu modifizieren, muss nur eine Konfigurationsdatei angepasst werden, die ebenfalls in XML spezifiziert ist. Die Kommunikation basiert dabei auf dem "XML enabled Communication Framework" und ist somit auserst transparent. Auserdem wurden Benutzerexperimente mit BIRON durchgefuhrt, wobei dessen Interaktionsfahigkeiten als recht naturlich eingestuft wurden. Da fur eine flussige Interaktion das System nicht zu langsam reagieren darf, wurden auch gewisse Zeitmessungen vorgenommen. Diese zeigen, dass der Zeitaufwand, der durch die Architektur verursacht wird, im Vergleich zu den Berechnungen der integrierten Module gering ist und somit eine flussige Interaktion erlaubt. Das System wurde auserdem auf der IST 2004 in Den Haag prasentiert, wo zwei BIRONs an drei Tagen insgesamt 24 Stunden lang erfolgreich prasentiert wurden. Folglich bietet das prasentierte Architekturkonzept eine hervorragende Basis zur Entwicklung von Robot Companions. Durch die Integration der vorgestellten Modulen ergibt sich bereits ein grundlegendes System zur naturlichen Mensch-Roboter-Interaktion. Da es auf Erweiterbarkeit ausgelegt ist, konnen andere Funktionalitaten einfach hinzugefugt werden. Diese Generizitat wird insbesondere durch XML ermoglicht. XML wird zur Konfiguration des ESV und zur Kommunikation mit den angebundenen Modulen verwendet. Nur so kann das bereits umfangreiche System auch in Zukunft noch umfangreich erweitert werden.