Algoritmo de operación para robot asistencial autónomo enfocado a alimentación

Abstract

El presente trabajo esboza la implementación de un algoritmo para el control de un robot asistencial, el cual se enfoca en la alimentación asistida. El algoritmo aplicado al robot tiene 3 pilares fundamentales para su funcionamiento: detección de existencia o no de alimento, toma de decisiones frente a situaciones de obstaculización de su trayectoria con la mano del usuario y ejecución de la tarea de alimentación, llegando hasta el punto de contacto. Para esto se emplean técnicas de inteligencia artificial basadas en aprendizaje profundo, así como el uso de una cámara RGB-D encargada de capturar la información del entorno, con el fin de que pueda ser procesada para realizar la asistencia. Para la detección de los estados de la boca, para saber si el usuario se encuentra masticando o esperando comida, se utilizó una red neuronal con gran memoria a corto plazo, obteniendo un 99.3% de exactitud. El reconocimiento de existencia o no de alimentos en el plato, se efectuó con una red neuronal convolucional, la cual alcanzó un desempeño del 98.7%. En cuanto a la detección de obstáculos, se define la mano del usuario como el obstáculo, el cual es reconocido y localizado por medio de una red neuronal convolucional basada en regiones, logrando obtener un 77.4% de precisión en la intercepción sobre la unión media de la localización de los recuadros sobre los originales. Con las funcionalidades implementadas, se crea una interfaz de usuario en donde todos los algoritmos son acoplados dentro de un solo sistema, para generar la tarea de asistir a un usuario en su alimentación. La emulación de esta se realiza por medio de la interacción del entorno real, en donde el usuario se encuentra, y un entorno simulado, donde el robot va a realizar los movimientos, pasando la información tridimensional real de las situaciones presentadas al entorno simulado. Con esto, se realizan pruebas de funcionamiento del sistema, logrando evidenciar un desempeño alto de cada una de las funciones dentro de 3 variaciones del entorno real, alterando principalmente la iluminación, desde una baja calidad de iluminación hasta una con mucho brillo.