Protocolli di misura

Per effettuare una localizzazione puntuale della persona nello spazio mentre questa si muove, è necessario affrontare due step (Figura 14): il primo è quello dell’identificazione della direzione del movimento dell’individuo, il secondo è il calcolo della sua distanza dal robot. A queste due fasi sono stati dedicati due appositi protocolli di misura, strutturati al fine di capire: nel primo caso come disporre n-sensori PIR sul robot, nel secondo come estrarre la relazione matematica tra la distanza della persona e l’attivazione dei sensori.

LOCALIZZAZIONE PUNTUALE CON SENSORI PIR

IDENTIFICAZIONE DELLA DIREZIONE DEL MOTO

Protocollo di misura N.1

Problema: come disporre i sensori sul robot

CALCOLO DELLA DISTANZA PERSONA-ROBOT

Protocollo di misura N.2

Problema: qual è la relazione tra le attivazioni dei PIR e la distanza a cui si

trova la persona

Figura 14: sviluppo della localizzazione puntuale

35 2.4.1 Protocollo di misura N.1

Il primo passo è stato quello di ideare un apposito protocollo sperimentale di misura volto a comprendere più nel dettaglio il funzionamento di un singolo sensore PIR. Questo approfondimento è stato propedeutico al fine di scegliere come disporre i sensori sul robot. Le prove sono state eseguite su uno solo sensore: a seguire i risultati ottenuti sono stati estesi ai restanti PIR, nell’ipotesi che abbiano tutti le stesse caratteristiche.

Il setup di misura è illustrato in Figura 15:

• il sensore HC-SR501 è stato installato all’angolo di una stanza dei laboratori del DIISM presso UNIVPM (dove si sono svolti tutti i test), a un’altezza dal pavimento di 35 cm: tale valore è in linea con quello dell’altezza da terra della calotta superiore della testa di Misty II;

• sul pavimento della stanza, di fronte al sensore a una distanza di 1.50 m, è stata tracciata con il nastro adesivo una traiettoria in linea retta: i punti di inizio e di fine del percorso si trovano al di fuori del range di 110° del campo visivo del sensore.

Il test, ripetuto 10 volte, ha previsto che una persona camminasse lungo la traiettoria prestabilita, con un passo lungo 0.50 m.

Figura 15: protocollo N.1

Figura 16: setup di misura del protocollo N.2Figura 15: protocollo N.1

Figura 16: setup di misura del protocollo N.2

Figura 17: sviluppo della localizzazione

puntualeFigura 16: setup di misura del protocollo N.2Figura 15: protocollo

36 2.4.2 Protocollo di misura N.2

Il secondo protocollo è stato strutturato in modo tale da poter studiare la relazione esistente tra la distanza della persona in movimento dal robot e l’attivazione dei sensori.

Come per il protocollo N.1, anche in questo caso le prove sono state svolte utilizzando un solo sensore: i risultati ottenuti sono stati in seguito estesi ai restanti PIR.

Il setup di misura è stato allestito come mostrato in Figura 16:

• il sensore HC-SR501, provvisto di una mascherina che ne occlude parzialmente il FOV riducendone l’ampiezza da 110° a 94° e installato sulla testa di Misty II, è stato posizionato all’angolo della stanza utilizzata per i test;

• sul pavimento della stanza, di fronte al sensore, sono state tracciate con il nastro adesivo 3 traiettorie in linea retta che attraversano tutto il FOV, a una distanza dal robot pari rispettivamente a 0.80 m, 1.20 m e 2.00 m. Questi valori di distanza persona-sensore sono stati scelti in base alle tipiche dimensioni dei locali di un’abitazione [32] e immaginando che il robot, capace di rilevare il movimento a 360°, possa posizionarsi al centro della stanza durante il processo di localizzazione. Inoltre, eseguendo delle prove con la traiettoria a 0.80 m di distanza dal robot, è stato possibile raccogliere dati nella condizione in cui la persona si muove in un range dal robot al di sotto di 0.86 m, distanza dalla quale iniziano a sovrapporsi i FOV.

I test sono stati eseguiti come segue:

• per ognuna delle 3 traiettorie, che attraversano tutto il campo visivo del sensore, la persona ha camminato lungo il percorso stabilito con un passo continuo e un’andatura normale. Il candidato ha camminato 5 volte in una direzione e 5 volte in quella opposta, per un totale di 30 prove ripetute.

37 Figura 16: setup di misura del protocollo N.2

Figura 17: sviluppo della localizzazione puntualeFigura 16: setup di misura del protocollo N.2

38 2.4.3 Protocollo di misura N.3

Nei protocolli di misura N.1 e N.2 si è affrontato il problema della localizzazione puntuale separando i due step di identificazione della direzione del movimento e di calcolo della distanza persona-sensore. Nell terzo e ultimo protocollo si è voluto testare il processo di localizzazione nel suo complesso, unendo i risultati tratti dai due precedenti protocolli sperimentali (Figura 17).

LOCALIZZAZIONE PUNTUALE CON SENSORI PIR IDENTIFICAZIONE DELLA

DIREZIONE DEL MOTO

Protocollo di misura N.1

Problema: come disporre i sensori sul robot

CALCOLO DELLA DISTANZA PERSONA-ROBOT

Protocollo di misura N.2 Problema: qual è la relazione tra le

attivazioni dei PIR e la distanza a cui si trova la persona

Protocollo di misura N.3

Problema: test del sistema di localizzazione robot+sensori

Figura 17: sviluppo della localizzazione puntuale

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Il setup di misura è stato allestito come mostrato in Figura 18 e in Figura 19:

• su ogni sensore HC-SR501 è stata posizionata una mascherina che ne riduce il FOV da 110° a 94°;

• i 4 sensori PIR sono stati installati su un supporto di forma quadrata avente lato 12.5 cm. Ciascun sensore è stato posizionato sul punto medio del rispettivo lato;

• il supporto sul quale sono stati montati i sensori PIR è stato fissato sulla testa di Misty II;

• il robot è stato posizionato al centro della stanza;

• sul pavimento della stanza è stata tracciata una traiettoria avente la forma di un quadrato avente per centro il punto in cui è stato posizionato il robot. Ciascun lato del percorso quadrato dista dal sensore 1.20 m. La traiettoria è stata così definita perché:

1. trattandosi di un tracciato chiuso percorso in senso antiorario dalla persona, si è potuto testare il sistema in merito al riconoscimento della direzione di movimento della persona;

2. la persona si trova così a una distanza nota e si può testare il sistema riguardo al calcolo della distanza persona-robot;

• è stato utilizzato un metronomo per scandire la camminata della persona durante le prove. La frequenza alla quale è stato settato lo strumento è di 1 Hz.

Considerando che il sistema è concepito per localizzare persone anziane, la frequenza di 1 Hz ha consentito di ottenere un’andatura di un passo al secondo permettendo al sistema di adattarsi alle esigenze degli anziani;

• all’angolo della stanza è stata posizionata una telecamera allo scopo di filmare tutte le prove eseguite. La videoregistrazione è servita per avere un riscontro temporale e visivo dello svolgimento delle prove.

40 I test sono stati eseguiti come segue:

• alle prove hanno preso parte 9 candidati di cui il 45% donne e il 55% uomini, età media di 25 anni: a loro è stato chiesto di percorrere in senso antiorario il tracciato prestabilito compiendo un giro completo;

• ciascun candidato ha ripetuto la prova due volte. Durante il primo test la camminata è stata scandita dal metronomo, mentre durante il secondo test lo strumento non è stato attivato, permettendo alla persona di camminare naturalmente seguendo la propria andatura: così facendo è stato possibile simulare una condizione più reale. Sono stati raccolti dati per un totale di 18 prove.

Figura 18: setup di misura relativo al protocollo N.3

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Figura 19: setup di misura allestito in laboratorio. In (a) il robot al centro della traiettoria quadrata e la fotocamera posizionata nell’angolo in fondo a destra, in (b) primo piano del robot con i sensori a bordo

Figura 20: sovrapposizione di 2 FOV adiacentiFigura 19: setup di misura allestito in laboratorio. In (a) il robot al centro della traiettoria quadrata e la fotocamera posizionata nell’angolo in fondo a destra, in (b) primo piano del robot con i sensori a bordo

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Fi gu ra 19 : set up di

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