Autonomous manipulator robot navigation to tidy up unknown environments

Abstract

The worldwide population is becoming older, and service robots may assist in home envi ronments to help with this demographic challenge. Therefore, there is room for proposing strategies that enable the robot to perform a full complex task autonomously, such as tidy ing up objects. The autonomous aspect of the system is critical to allow anyone to use service robots without specific technical knowledge. However, there is a lack of consoli dated studies on the impact of the autonomous exploration strategy on this type of task. It is with this in mind that we propose an autonomous strategy to tidy up an unknown home environment with a mobile manipulator service robot. Different exploration strategies were considered, aiming to cover all the accessible areas to detect the objects on the floor to be tidied. The impact of previously knowing the environment map was observed. Also, the task involves a routine for collecting the objects and placing them in an adequate place on table tops, which were also detected at runtime. The proposed strategy reached from 83%to93%ofeffectiveness in locating and tidying up the objects in the experimental val idation, reaching up to 10% improvement in relation to navigation strategies commonly used in the literature.

Apopulação mundial está envelhecendo, e robôs de serviço podem auxiliar em ambientes domésticos para ajudar com esse desafio demográfico. Portanto, há espaço para propor estratégias que permitam ao robô executar uma tarefa complexa completa de forma autô noma, como arrumar objetos. O aspecto autônomo do sistema é crítico para permitir que qualquer pessoa use robôs de serviço sem necessitar de conhecimento técnico específico. No entanto, há uma carência de estudos consolidados sobre o impacto da estratégia de exploração autônoma nesse tipo de tarefa. É com isso em mente que propomos uma es tratégia autônoma para arrumar um ambiente doméstico desconhecido com um robô de serviço manipulador móvel. Diferentes estratégias de exploração foram consideradas, vi sando cobrir todas as áreas acessíveis para detectar os objetos no chão a serem arrumados. Foi observado o impacto de conhecer previamente o mapa do ambiente. Além disso, a tarefa envolve uma rotina para coletar os objetos e colocá-los em um local adequado sobre os tampos das mesas, que também foram detectados em tempo de execução. A estraté gia proposta atingiu de 83% até 93% de eficácia na localização e arrumação dos objetos na validação experimental, demonstrando melhoria de até 10% em relação às estratégias comumente utilizadas na literatura.