T E L K O M N I K A ,   V o l . 9 ,   N o . 3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 1 ,   p p .   4 6 5 ~ 4 7 2   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a c c r e d i t e d   b y   D G H E   ( D I K T I ) ,   D e c r e e   N o :   5 1 / D i k t i / K e p / 2 0 1 0           4 6 5       R e c e i v e d   A u g u s t   1 5 th ,   2 0 1 1 ;   R e v i s e d   S e p t e m b e r   2 n d ,   2 0 1 1 ;   A c c e p t e d   S e p t e m b e r   5 th ,   2 0 1 1   D e v e l o p m e n t   o f   a   S i m u l a t e d   E n v i r o n m e n t   f o r   H u m a n - R o b o t   I n t e r a c t i o n       J o c h e n   H i r t h ,   S y e d   A t i f   M e h d i ,   N o r b e r t   S c h m i t z ,   K a r s t e n   B e r n s   R o b o t i c s   R e s e a r c h   L a b ,   D e p t .   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   U n i v e r s i t y   o f   Ka i s e r s l a u t e r n   D - 6 7 6 6 3   K a i s e r s l a u t e r n ,   G e r m a n y   e - m a i l :   { j _ h i r t h ,   m e h d i ,   n s c h m i t z ,   b e r n s } @ i n f o r m a t i k . u n i - k l . d e       A b s t r a c t   Sk e n a r i o   i n t e r a k s i   m a n u s i a - r o b o t   a d a l a h   s a n g a t   r u m i t   d a n   m e m e r l u k a n   d e f i n i s i   y a n g   t e p a t   d a r i   v a r i a b e l   l i n g k u n g a n   u n t u k   p e n g u j i a n   y a n g   k e t a t   a s p e k - a s p e k   b e r b e d a   p e r i l a k u   r o b o t .   Ko n d i s i   l i n g k u n g a n   m e m p e n g a r u h i   p e r i l a k u   m a n u s i a   d a n   r o b o t ,   s e h i n g g a   m a n u s i a   d a n   r o b o t   m e r e s p o n   b e r b e d a   p a d a   k o n d i s i   a k u s t i k   a t a u   p e n c a h a y a a n   b e r b e d a .   Pa d a   p e n e l i t i a n   i n i   d i l a k u k a n   e k s p e r i m e n   b e r u l a n g - u l a n g   d e n g a n   m a n u s i a   s e b a g a i   s u b j e k   p e n g u j i a n   y a n g   m e n y e b a b k a n   p e r u b a h a n   p e r i l a k u   p a d a   m e r e k a ,   s e h i n g g a   r e s p o n n y a   t i d a k   a d a   y a n g   m i r i p   d e n g a n   p e r c o b a a n   y a n g   s u d a h   d i l a k u k a n .   Ka r e n a n y a ,   m e m b u a t   t i d a k   m u n g k i n   u n t u k   m e l a k u k a n   s k e n a r i o   i n t e r a k s i   s e c a r a   b e r u l a n g .   Pe n g e m b a n g a n   d a n   p e n g g u n a a n   s i m u l a s i   3 D ,   d i   m a n a   p a r a m e t e r   y a n g   b e r b e d a   d a p a t   d i s e s u a i k a n ,   a d a l a h   s o l u s i   y a n g   p a l i n g   m e n g u n t u n g k a n   d a l a m   k a s u s   t e r s e b u t .   I n i   t i d a k   h a n y a   m e n u n t u t   p e n g e m b a n g a n   r o b o t   s i m u l a s i   y a n g   b e r b e d a   t e t a p i   j u g a   s i m u l a s i   d a r i   l i n g k u n g a n   y a n g   d i n a m i s   t e r m a s u k   m i t r a   i n t e r a k s i .   Pa d a   m a k a l a h   i n i   d i h a d i r k a n   k e r a n g k a   s i m u l a s i   y a n g   m e m u n g k i n k a n   s i m u l a s i   i n t e r a k s i   m a n u s i a   d e n g a n   r o b o t   t e r m a s u k   m i t r a   i n t e r a k s i   t e r s i m u l a s i   d a n   d i n a m i k a n y a .       K e y w o r d s :   k e r a n g k a   p e r a n g k a t   l u n a k ,   i n t e r a k s i   m a n u s i a - r o b o t ,   r o b o t ,   s i m u l a s i       A b s t r a c t   H u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n   s c e n a r i o s   a r e   e x t r e m e l y   c o m p l i c a t e d   a n d   r e q u i r e   p r e c i s e   d e f i n i t i o n   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   v a r i a b l e s   f o r   r i g o r o u s l y   t e s t i n g   d i f f e r e n t   a s p e c t s   o f   r o b o t i c   b e h a v i o r .   T h e   e n v i r o n m e n t a l   s e t u p   a f f e c t s   t h e   b e h a v i o r s   o f   b o t h   t h e   h u m a n s   a n d   t h e   r o b o t s ,   a s   t h e y   r e s p o n d   d i f f e r e n t l y   u n d e r   v a r y i n g   a c c o u s t i c   o r   l i g h t n i n g   c o n d i t i o n s .   M o r e o v e r ,   c o n d u c t i n g   s e v e r a l   e x p e r i m e n t s   r e p e a t e d l y   w i t h   t h e   h u m a n s   a s   t e s t   s u b j e c t s   a l s o   c a u s e s   b e h a v i o r a l   c h a n g e s   i n   t h e m   a n d   e v e n t u a l l y   t h e   r e s p o n s e s   r e m a i n   n o   l o n g e r   s i m i l a r   t o   t h e   a l r e a d y   c o n d u c t e d   e x p e r i m e n t s .   T h u s   m a k i n g   i t   i s   i m p o s s i b l e   t o   p e r f o r m   i n t e r a c t i o n   s c e n a r i o s   i n   a   r e p e a t a b l e   m a n n e r .   D e v e l o p i n g   a n d   u s i n g   3 D   s i m u l a t i o n s ,   w h e r e   d i f f e r e n t   p a r a m e t e r s   c a n   b e   a d j u s t e d ,   i s   t h e   m o s t   b e n e f i c i a l   s o l u t i o n   i n   s u c h   c a s e s .   T h i s   r e q u i r e s   n o t   o n l y   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   d i f f e r e n t   s i m u l a t e d   r o b o t s   b u t   a l s o   t h e   s i m u l a t i o n   o f   d y n a m i c   s u r r o u n d i n g s   i n c l u d i n g   t h e   i n t e r a c t i o n   p a r t n e r .   I n   t h i s   p a p e r ,   w e   p r e s e n t   a   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   t h a t   a l l o w s   t h e   s i m u l a t i o n   o f   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n   i n c l u d i n g   t h e   s i m u l a t e d   i n t e r a c t i o n   p a r t n e r   a n d   i t s   d y n a m i c s .       K e y w o r d s :   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n ,   r o b o t ,   s i m u l a t i o n ,   s o f t w a r e   f r a m e w o r k         1 .   I n t r o d u c t i o n   I n   r e c e n t   y e a r s   t h e r e   i s   a n   i n c r e a s i n g   i n t e r e s t   i n   d e v e l o p i n g   r o b o t s   a s   s e r v i c e   a n d   a s s i s t a n c e   s y s t e m s .   C o m p a r e d   t o   t r a d i t i o n a l   a p p l i c a t i o n   a r e a s   o f   r o b o t s   t h e s e   s c e n a r i o s   r e q u i r e   i m p r o v e d   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n   s k i l l s .   T h e r e f o r e ,   i t   i s   n o t   s u r p r i s i n g   t h a t   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n   i s   o n e   o f   t h e   m a j o r   r e s e a r c h   a r e a s   i s   r o b o t i c s   t o d a y .   O n e   p r o b l e m   i n   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   c o n t r o l   a l g o r i t h m s   f o r   t h a t   k i n d   o f   r o b o t s   i s   t h e   r e a l i z a t i o n   o f   e x p e r i m e n t s   d u r i n g   t h e   d e v e l o p m e n t   p h a s e .   F o r   t e s t i n g   a n d   i m p r o v i n g   t h e   a l g o r i t h m s   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   h a v e   t h e   s a m e   c o n d i t i o n s   o v e r   a n d   o v e r   a g a i n .   S i n c e   t h e   m a i n   t a s k s   o f   t h e s e   r o b o t s   a r e   t h e   i n t e r a c t i o n   w i t h   h u m a n s   a n d   t o   f u l f i l l   o p e r a t i o n s   i n   h o m e   e n v i r o n m e n t s   i t   i s   a l m o s t   i m p o s s i b l e   t o   e n s u r e   t h e   e x a c t l y   s a m e   e n v i r o n m e n t a l   c o n d i t i o n s   f o r   t h e   e x p e r i m e n t s .   T h e r e f o r e ,   a   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   t h a t   a l l o w s   t h e   s i m u l a t i o n   o f   v a r i o u s   r o b o t   s y s t e m s   i n c l u d i n g   a c t u a t o r s   a n d   s e n s o r s   a n d   a l s o   r e g a r d i n g   t h e i r   i n a c c u r a c i e s ,   t h e   s i m u l a t i o n   o f   d i f f e r e n t   e n v i r o n m e n t s ,   i n c l u d i n g   a p a r t m e n t s ,   a n d   a l s o   t h e   s i m u l a t i o n   o f   h u m a n   i n t e r a c t i o n   p a r t n e r s   i n c l u d i n g   t h e i r   m o v e m e n t s   a n d   b e h a v i o r s ,   m e a n s   a   g r e a t   b e n e f i t   f o r   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   i n t e r a c t i v e   r o b o t   s y s t e m s .   A   p o p u l a r   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   f o r   r o b o t   s i m u l a t i o n   i s   G a z e b o   P l a y e r   [ 1 ] .   I t   c o n t a i n s   s e v e r a l   m o d e l s   o f   r e a l   r o b o t s   w i t h   a   v a r i e t y   o f   s e n s o r s   l i k e   c a m e r a ,   l a s e r   s c a n n e r ,   e t c .   R o b o t s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                        I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   9 ,   N o .   3 ,     D e c e m b e r   2 0 1 1   :     4 6 5     4 7 2   4 6 6 a n d   s e n s o r s   a r e   d e f i n e d   a s   p l u g i n s   a n d   t h e   s c e n e   i s   d e s c r i b e d   i n   X M L   f o r m a t .   T h e   e n v i r o n m e n t   i s   m o d e l e d   a s   a   3 D   w o r l d   c o n s i s t i n g   o f   s t a t i c   o b j e c t s ,   w h i c h ,   h o w e v e r ,   c a n   b e   m o v e d   b y   t h e   r o b o t s .   T h i s   c a p a b i l i t y   i s   b a s e d   o n   a   s i m u l a t i o n   o f   r i g i d - b o d y   p h y s i c s   w h i c h   i s   a l s o   i n c l u d e d   i n   t h e   f r a m e w o r k ,   p e r m i t t i n g   p h y s i c a l l y   p l a u s i b l e   i n t e r a c t i o n   b e t w e e n   o b j e c t s .   A l t h o u g h   t h i s   f r a m e w o r k   s u p p o r t s   v a r i o u s   k i n d s   o f   d y n a m i c   i n t e r a c t i o n ,   d y n a m i c   o b j e c t s   a s   h u m a n s   a r e   n o t   i n t e g r a t e d   i n   t h e   f r a m e w o r k .   A n o t h e r   c o m m o n l y   u s e d   r o b o t i c   f r a m e w o r k   i s   O R O C O S   [ 2 ] .   T h i s   f r a m e w o r k   d o e s   n o t   p r o v i d e   a   3 D   s i m u l a t i o n   e n v i r o n m e n t   a t   a l l .   Y e t ,   s i m u l a t i o n   m o d u l e s   c a n   b e   i n t e g r a t e d   i n t o   t h i s   e n v i r o n m e n t   u s i n g   a   d e d i c a t e d   M A T L A B / S i m u l i n k   i n t e r f a c e .   H o w e v e r ,   i t   i s   n o t   s u i t a b l e   t o   s i m u l a t e   c o m p l e x   3 D   e n v i r o n m e n t s   a n d   d y n a m i c   o b j e c t s   l i k e   h u m a n s .   S i m u l a t i o n   e n v i r o n m e n t s   f o r   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   r o b o t s   a r e   w i d e   s p r e a d   b u t   i n   m o s t   c a s e s   t h e   s i m u l a t i o n   o f   h u m a n o i d   i n t e r a c t i o n   p a r t n e r s   i s   m i s s i n g .   F o r   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   s u c h   a   s i m u l a t i o n   t w o   m a i n   a s p e c t s   h a v e   t o   b e   r e a l i z e d :   O n   o n e   h a n d   t h e   h u m a n   m o d e l   h a s   t o   b e   a n i m a t e d   a n d   o n   t h e   o t h e r   h a n d   t h e   m o d e l   h a s   t o   b e   c o n t r o l l e d   t o   g e n e r a t e   r e a l i s t i c   b e h a v i o r .     T h e   a n i m a t i o n   o f   t h e   h u m a n o i d   m o d e l s   i s   o f t e n   l i m i t e d   t o   n o n - n a t u r a l   c h a r a c t e r s   ( s e e ,   e . g . ,   [ 3 ] ) .   F o r   t h e   a n i m a t i o n   o f   i n t e r a c t i o n   p a r t n e r s   m o t i o n   c a p t u r e   s y s t e m s   c a n   b e   u s e d   t o   s t o r e   m o t i o n   p r i m i t i v e s   w h i c h   c a n   b e   a p p l i e d   t o   a   b r o a d   r a n g e   o f   h u m a n   c h a r a c t e r s   ( s e e ,   e . g . ,   [ 4 ] ) .   A n   a d d i t i o n a l   c h a l l e n g e   t o   t h e   g e n e r a t i o n   o f   m o t i o n s   i s   v a r i a b l e   h u m a n   m o d e l s   w h i c h   e i t h e r   v a r i e s   i n   s i z e   o r   j o i n t   h i e r a r c h y   ( s e e ,   e . g .   [ 5 ] ) .   T o   c o n t r o l   h u m a n   c h a r a c t e r s   t h e r e   e x i s t   d i f f e r e n t   a p p r o a c h e s .   I n   [ 6 ]   a   s o   c a l l e d   c o g n i t i v e   c o n t r o l   f o r   h u m a n   c h a r a c t e r s   i s   e x p l a i n e d .   E n v i r o n m e n t   k n o w l e d g e   o f   t h e   a g e n t   i s   u s e d   t o   d e t e r m i n e   t h e   h u m a n   c h a r a c t e r s   b e h a v i o r .   T h e y   d e v e l o p e d   a   h i g h   l e v e l   l a n g u a g e   t o   d e f i n e   t h e   a x i o m s   n e c e s s a r y   f o r   t h e   h u m a n   c h a r a c t e r s   d e c i s i o n   m a k i n g ,   i n   o r d e r   t o   d e t e r m i n e   t h e   m o s t   a p p r o p r i a t e   b e h a v i o r .   C o m p a r e d   t o   r e a c t i v e   a p p r o a c h e s   a s   e x p l a i n e d   i n   [ 7 ]   o r   r u l e   b a s e d   a p p r o a c h e s   l i k e   i n   [ 8 ]   t h e y   r e a l i z e   a   m o r e   s o p h i s t i c a t e d   b e h a v i o r   s e l e c t i o n   m e c h a n i s m .   S i n c e   a f f e c t i v e   a n d   e m o t i o n a l   r e a c t i o n s   a r e   c h a r a c t e r i s t i c   f o r   h u m a n   b e i n g s   s o m e   a p p r o a c h e s ,   l i k e   e . g .   [ 9 ] ,   f o c u s   o n   t h e i r   r e a l i z a t i o n .   T h a l m a n n   e t   a l .   d e s c r i b e   a   b e h a v i o r - b a s e d   m e t h o d   t o   r e a l i z e   n o t   j u s t   g o a l   d i r e c t e d   b e h a v i o r ,   b u t   a l s o   s p o n t a n e o u s   g e s t u r e s   a s   r e a c t i o n s   t o   i n t e r n a l   a n d   e x t e r n a l   s t i m u l i .   A l t h o u g h   m o s t   o f   t h e   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k s   s u p p o r t   a   r e a l i s t i c   3 D   s i m u l a t i o n   o f   r o b o t s   w i t h   s t a n d a r d   s e n s o r s   a n d   s u p p o r t   f o r   s y s t e m   d y n a m i c s ,   t h e r e   i s   s t i l l   a   n e e d   o f   a   m o r e   f l e x i b l e ,   a l l o w i n g   u s a g e   o f   c u s t o m   o b j e c t s ,   a n d   e x t e n s i b l e   f r a m e w o r k .   T h e r e f o r e ,   a n   e x t e n s i o n   f o r   t h e   S i m V i s 3 D   [ 1 0 ]   f r a m e w o r k   h a s   b e e n   d e v e l o p e d   t h a t   a l l o w s   t h e   s i m u l a t i o n   o f   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n .   T h i s   a r t i c l e   p r o v i d e s   a n   e x t e n d e d   d e s c r i p t i o n ,   a l s o   i n c l u d i n g   n e w   a s p e c t s ,   o f   t h e   s y s t e m   i n t r o d u c e d   i n   [ 1 1 ] .   B e s i d e s   s u p p o r t i n g   a   v a r i e t y   o f   r o b o t s   a n d   e n v i r o n m e n t s ,   t h e   e x t e n s i o n   o f   S i m V i s 3 D   a l l o w s   t h e   r e a l i z a t i o n   o f   v a r i o u s   m o v e m e n t s   o f   a u t o n o m o u s   h u m a n   c h a r a c t e r s .   T h e   p a p e r   i s   a r r a n g e d   i n   t h e   f o l l o w i n g   w a y :   A t   f i r s t   t h e   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   a n d   t h e   d e v e l o p e d   c a p a b i l i t i e s   f o r   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n   a r e   i n t r o d u c e d .   A f t e r w a r d s   e x p e r i m e n t s   d e a l i n g   w i t h   s i m u l a t e d   i n t e r a c t i o n   a r e   p r e s e n t e d .   F i n a l l y   a   c o n c l u s i o n   a n d   a n   o u t l o o k   a r e   g i v e n .       2 .   S i m u l a t i o n   F r a m e w o r k   T h e   f r a m e w o r k ,   d e v e l o p e d   a t   R o b o t i c s   R e s e a r c h   L a b   a t   t h e   U n i v e r s i t y   o f   K a i s e r s l a u t e r n ,   u s e d   f o r   t h e   s i m u l a t i o n   e x c e e d s   t h e   s t a t e   o f   t h e   a r t   i n   s i m u l a t i n g   r o b o t s   a n d   t h e i r   e n v i r o n m e n t s   i n   t h a t   i t   c o m b i n e s   t h e   r o b o t   s y s t e m ,   i t s   s t a t i c   e n v i r o n m e n t ,   a s   w e l l   a s   i t s   d y n a m i c   e n v i r o n m e n t   ( F i g u r e   1 ) .   T h e   s c e n e s   c o n s i s t i n g   o f   t h e   r o b o t   s y s t e m   a n d   i t s   e n v i r o n m e n t s   a r e   d e f i n e d   w i t h   a n   X M L   b a s e d   d e s c r i p t i o n   f i l e .   I n   t h i s   w a y   a l l   e l e m e n t s   o f   a   s c e n e   c a n   b e   p o s i t i o n e d   a n d   t h e i r   c h a r a c t e r i s t i c s   l i k e   r o t a t i o n   o r   t r a n s l a t i o n   a x e s   e t c .   c a n   b e   d e s c r i b e d .   T h e   f r a m e w o r k   p r o v i d e s   a n   u n i f i e d   i n t e r f a c e   t o   g e t   a n d   s e t   t h e   p o s i t i o n   p a r a m e t e r s   o f   a n   o b j e c t   ( x ,   y ,   z ,   r o l l ,   p i t c h ,   y a w )   w h i c h   a l l o w s   t h e   m o t i o n   o f   d i f f e r e n t   o b j e c t s   l i k e   t h e   h e a d   o f   t h e   r o b o t   c a n   b e   m e a s u r e d   o r   r e a l i z e d   r e s p e c t i v e l y   i n   a   s i m p l e   w a y .     2 . 1 .   S i m u l a t i n g   t h e   R o b o t s   S e n s o r s   a n d   A c t u a t o r s   I n   t h e   S i m V i s 3 D   f r a m e w o r k   i t   i s   p o s s i b l e   t o   s i m u l a t e   d i f f e r e n t   s e n s o r   s y s t e m s ,   e . g .   l a s e r   s c a n n e r ,   i n f r a r e d   d i s t a n c e   s e n s o r ,   c a m e r a ,   e t c .   a n d   a l s o   a   l o t   o f   d i f f e r e n t   a c t u a t o r s ,   l i k e   d c - m o t o r s ,   s t e p p e r - m o t o r s ,   o r   s e r v o   m o t o r s   e i t h e r   w i t h   a   v e l o c i t y   o r   w i t h   a   p o s i t i o n   c o n t r o l l e r .   O n e   r o b o t ,   w h i c h   i s   r e a l i z e d   i n   t h e   s i m u l a t i o n ,   i s   t h e   h u m a n o i d   r o b o t   R O M A N   ( R O b o t - h u M A N   i n t e r a c t i o n   m a c h i n e )   ( F i g u r e   2 ) .   R O M A N   i s   d e s i g n e d   f o r   s t u d y i n g   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n ;   e s p e c i a l l y   n o n v e r b a l   c o m m u n i c a t i o n   s k i l l s   s h o u l d   b e   i n v e s t i g a t e d .   T h e r e f o r e ,   i t   i s   e q u i p p e d   w i t h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       D e v e l o p m e n t   o f   a   S i m u l a t e d   E n v i r o n m e n t   f o r   H u m a n - R o b o t   I n t e r a c t i o n   ( J o c h e n   H i r t h )   4 6 7   t w o   s t e r e o   c a m e r a   s y s t e m s   a n d   s i x   m i c r o p h o n e s .   E a c h   o f   t h e m   i s   a l s o   s i m u l a t e d   u s i n g   t h e   f r a m e w o r k .     T h e   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   a l l o w s   f r e e   p o s i t i o n i n g   a n d   f i x a t i o n   p o i n t s   o f   c a m e r a s .   S i n c e   t h e   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   i s   a b l e   t o   h a n d l e   s e v e r a l   c a m e r a s   m u l t i p l e   v i e w s   a t   t h e   s c e n e   a r e   p o s s i b l e .   T h e   i m a g e s   o f   t h e   c a m e r a s   i n   t h e   s i m u l a t i o n   a r e   t r a n s f e r r e d   i n   a   s o   c a l l e d   B l a c k b o a r d   s t r u c t u r e   w h i c h   i s   u s e d   b y   t h e   p e r c e p t i o n   s y s t e m   o f   R O M A N .   T h a t   w a y   t h e y   c a n   b e   p r o c e s s e d   l i k e   t h e   d a t a   s t r e a m   o f   a n y   o t h e r   c a m e r a   a n d   t h e   v i s i o n   p r o c e s s i n g   a l g o r i t h m s   o f   R O M A N   c a n   b e   t e s t e d .   I n   o r d e r   t o   t e s t   s o u n d   p r o c e s s i n g   a l g o r i t h m s   i n   t h e   s i m u l a t i o n   i t   i s   n e c e s s a r y   t h a t   a   g i v e n   i n p u t   s o u n d   s i g n a l   i s   t r a n s f o r m e d   w i t h   r e s p e c t   t o   a c o u s t i c a l   p r o p e r t i e s   o f   t h e   s i m u l a t e d   s c e n e   i n t o   t h e   s i g n a l   r e s u l t i n g   i n   v a r i a b l e   t a r g e t   l o c a t i o n s .   A   s y s t e m   d e v e l o p e d   b y   E .   D e i n e s   [ 1 2 ] ,   w h i c h   i s   a b l e   t o   s o l v e   t h i s   p r o b l e m ,   i s   i n c l u d e d   i n t o   t h e   s i m u l a t i o n   e n v i r o n m e n t   o f   R O M A N .   T h e   h u m a n o i d   r o b o t   R O M A N   i s   e q u i p p e d   w i t h   t w o   t y p e s   o f   m o t o r s .   O n   t h e   o n e   h a n d   d c - m o t o r s   w i t h   a   v e l o c i t y   c o n t r o l l e r   a n d   o n   t h e   o t h e r   h a n d   s e r v o - m o t o r s   w i t h   a n   i n t e r n a l   p o s i t i o n   c o n t r o l l e r   a r e   u s e d .   T h e   d c - m o t o r s   r e a l i z e   t h e   m o v e m e n t   o f   t h e   u p p e r - b o d y   a n d   t h e   h e a d ,   t h e   s e r v o - m o t o r s   c o n t r o l   t h e   f a c i a l   e x p r e s s i o n s   a n d   t h e   e y e   m o v e m e n t .   F o r   t h e   s i m u l a t i o n   o f   t h e   d c - m o t o r s   a l l   t y p i c a l   c h a r a c t e r i s t i c s   l i k e   g e a r   r e d u c t i o n ,   i n a c c u r a c y   o f   t h e   c o n t r o l l e r ,   t i m e   d e l a y ,   e t c .   a r e   r e g a r d e d .   S i n c e   t h e   s e r v o - m o t o r s   h a v e   i n t e r n a l   p o s i t i o n   c o n t r o l l e r s   o n l y   a   d e l a y   i s   m o d e l e d .   T h i s   t i m e   d e l a y   i s   a l s o   r e a l i z e d   w i t h i n   t h e   s e r v o - m o t o r   s i m u l a t i o n .   T h a t   w a y   t h e   i n t e r f a c e   o f   t h e   s i m u l a t e d   m o t o r s   a n d   t h e   r e a l   m o t o r s   i s   t h e   s a m e   a n d   t h e y   a l s o   b e h a v e   i n   t h e   s a m e   w a y .           F i g u r e   1 .   C o m p o n e n t s   o f   S i m V i s 3 D               F i g u r e   2 .   T h e   r e a l   a n d   s i m u l a t e d   r o b o t s :   T h e   h u m a n o i d   r o b o t   R O M A N   ( l e f t )   a n d   t h e   s e r v i c e   r o b o t   A R T O S   ( r i g h t ) .       A n o t h e r   r o b o t ,   n a m e l y   A R T O S   ( A u t o n o m o u s   R o b o t   f o r   T r a n s p o r t   a n d   S e r v i c e )     ( F i g u r e   2 ) ,   h a s   a l s o   b e e n   r e a l i z e d   i n   t h i s   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k .   I t   i s   e s p e c i a l l y   d e v e l o p e d   a s   a   s e r v i c e   r o b o t   f o r   h o m e   e n v i r o n m e n t s   i n   a s s i s t e d   l i v i n g   s c e n a r i o s .   T h a t s   w h y   t h e   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n   i s   a l s o   a   v e r y   i m p o r t a n t   t a s k   f o r   t h i s   r o b o t .   L i k e   t h e   r e a l   r o b o t ,   t h e   s i m u l a t e d   A R T O S   i s   e q u i p p e d   w i t h   a   s i m u l a t e d   p a n - t i l t   c a m e r a   a n d   a   s i m u l a t e d   l a s e r   r a n g e   f i n d e r .   T o   s i m u l a t e   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                        I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   9 ,   N o .   3 ,     D e c e m b e r   2 0 1 1   :     4 6 5     4 7 2   4 6 8 c a m e r a   t h e   s a m e   S i m V i s 3 D   c o m p o n e n t   t h a n   f o r   R O M A N s   c a m e r a s   i s   u s e d .   F o r   s i m u l a t i n g   t h e   l a s e r   r a n g e   f i n d e r   t h e   d i s t a n c e   s e n s o r   o f   S i m V i s 3 D   i s   u s e d .   T h e   a n g l e   o f   t h e   b e a m   a s   w e l l   a s   t h e   n u m b e r   o f   d i s t a n c e   v a l u e s   t h a t   s h o u l d   b e   p r o v i d e d   a n d   a   m a x i m u m   d i s t a n c e   c a n   b e   d e f i n e d   f o r   a   c e r t a i n   d i s t a n c e   s e n s o r .   T h e   d i s t a n c e   i s   c a l c u l a t e d   f r o m   a   g i v e n   c e n t e r   t o   t h e   n e a r e s t   o b j e c t   i n   t h e   s u r r o u n d i n g .   T o   s i m u l a t e   t h e   m o v e m e n t   o f   t h e   r o b o t   t h e   s a m e   m o t o r   s i m u l a t i o n   c a n   b e   u s e d   f o r   b o t h ,   R O M A N   a n d   A R T O S .             F i g u r e   3 .   I n   t h e   l e f t   t h e   m a p   o f   a   r e a l   a p a r t m e n t   i s   d i s p l a y e d .   T h e   r i g h t   f i g u r e   s h o w s   t h e   s i m u l a t e d   a p a r t m e n t   i n c l u d i n g   a l l   s t a t i c   e l e m e n t s .       I t   i s   n o t e w o r t h y   t h a t   t h e   c o n t r o l   s y s t e m s   o f   b o t h   r o b o t s   r e m a i n   u n c h a n g e d   n o   m a t t e r   w h e t h e r   t h e y   a r e   a c t i n g   i n   r e a l   w o r l d   o r   i n   s i m u l a t i o n .   F u r t h e r m o r e ,   a   b i g   a d v a n t a g e   o f   t h e   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   i s   t h a t   t h e   c o m p o n e n t s   d e v e l o p e d   f o r   t h e   s i m u l a t i o n   c a n   b e   u s e d   f o r   b u i l d i n g   u p   c o m p l e t e l y   d i f f e r e n t   r o b o t   s y s t e m s .     2 . 2 .   S i m u l a t i n g   t h e   R o b o t s   S t a t i c   E n v i r o n m e n t   F o r   t h e   s i m u l a t i o n   o f   a n   i n t e r a c t i o n   s i t u a t i o n ,   t h e   s t a t i c   e n v i r o n m e n t   e . g .   f u r n i t u r e   i s   a l s o   o f   m u c h   i m p o r t a n c e .   S i n c e   t h e   d a t a   f o r m a t   u s e d   b y   S i m V i s 3 D   i s   O p e n   I n v e n t o r   o r   V R M L   i t   i s   q u i t e   e a s y   t o   i n c l u d e   s t a t i c   3 D   o b j e c t s   i n   t h e   s i m u l a t e d   s c e n e .   C o n s t r u c t i o n   t o o l s   l i k e   P r o   E n g i n e e r   p r o v i d e   t h e   p o s s i b i l i t y   t o   c o n v e r t   a   d r a w i n g   i n t o   t h e   O p e n   I n v e n t o r   f o r m a t .   I t   i s   a l s o   p o s s i b l e   t o   u s e   3 D - g r a p h i c s   t o o l s   l i k e   B l e n d e r   t o   g e n e r a t e   o b j e c t s   i n   t h e   a p p r o p r i a t e   f o r m a t .   A r b i t r a r y   s t a t i c   o b j e c t s   c a n   b e   p o s i t i o n e d   i n   t h e   s c e n e   r e l a t i v e   t o   a n   a n c h o r   p o i n t .   T h e   p o s i t i o n   o f   a   s i n g l e   f u r n i t u r e   o b j e c t   i s   d e f i n e d   b y   p o s e   o f f s e t   i n   t h e   X M L   d e s c r i p t i o n   f i l e .   F o r   e a s i e r   p o s i t i o n i n g   o f   t h e s e   s t a t i c   o b j e c t s   m o r e   a n c h o r   p o i n t s   c a n   b e   d e f i n e d   i n   t h e   s c e n e .   T h e r e f o r e   a g a i n   t h e   3 D - g r a p h i c s   t o o l   B l e n d e r   c a n   b e   u s e d .   I n   t h e   l a b o r a t o r y   e x a m p l e ,   a n c h o r   p o i n t s   f o r   a l l   t a b l e s ,   c h a i r s ,   P C s ,   a n d   c a b i n e t s   a r e   d e f i n e d .   A f t e r w a r d s   t h e   f u r n i t u r e   o b j e c t s   c a n   b e   p l a c e d   a t   t h e s e   a n c h o r   p o i n t   p o s i t i o n s   w i t h o u t   c a l c u l a t i n g   t h e   p o s e   o f f s e t .   F i g u r e   3   d e p i c t s   a   s i m u l a t e d   a p a r t m e n t   i n c l u d i n g   f u r n i t u r e .     2 . 3 .   S i m u l a t i n g   H u m a n   C h a r a c t e r s   a n d   t h e   R o b o t s   D y n a m i c   E n v i r o n m e n t   B e s i d e s   s e n s o r s ,   a c t u a t o r s   a n d   t h e   s t a t i c   e n v i r o n m e n t   a   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   s h o u l d   a l s o   p r o v i d e   t h e   p o s s i b i l i t y   t o   s i m u l a t e   t h e   d y n a m i c   o b j e c t s .   T h e   d y n a m i c   o b j e c t s   i n c l u d e   a l l   t h o s e   p a r t s   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   w h i c h   a r e   a b l e   t o   r e a c t ,   i n f l u e n c e   a n d   m o d i f y   t h e   c u r r e n t   s t a t e   o f   t h e   s i m u l a t i o n .   S i n c e   o u r   f r a m e w o r k   i s   d e s i g n e d   f o r   n a t u r a l   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n   t h e   m a i n   f o c u s   f o r   d y n a m i c   o b j e c t s   i s   t o   s i m u l a t e   h u m a n s   a l t h o u g h   o t h e r   o b j e c t s   l i k e   a n i m a l s ,   f l o w e r s ,   o r   o t h e r   r o b o t s   a r e   p o s s i b l e   t o   r e a l i z e   w i t h   a n   a c c e p t a b l e   a m o u n t   o f   e f f o r t .   F o c u s i n g   o n   h u m a n   s i m u l a t i o n   v a r i o u s   p r o b l e m s   a r i s e .   H o w   a r e   h u m a n   m o t i o n s   m o d e l e d ?   H o w   i s   t h e   i n t e g r a t i o n   r e a l i z e d ?   A n d   h o w   d o   t h e s e   m o d e l s   i n t e r a c t   w i t h   t h e   s c e n e ?   A l l   t h e s e   q u e s t i o n s   w i l l   b e   a n s w e r e d   i n   t h i s   s e c t i o n .   I n   e s s e n c e   t h e   s i m u l a t i o n   o f   h u m a n s   c a n   b e   d i v i d e d   i n t o   3   m a j o r   p a r t s :   ( i ) .   t h e   m o d e l i n g   o f   h u m a n   m o t i o n s   h a s   t o   f u l f i l l   m a n y   r e q u i r e m e n t s .   A   u n i f o r m   t o o l   f o r   m o d e l i n g   h a s   t o   b e   a v a i l a b l e   a n d   t h e   o u t p u t   o f   t h a t   t o o l   s h o u l d   b e   t r a n s f e r a b l e   t o   a   b r o a d   r a n g e   o f   c h a r a c t e r s .   I d e a l l y   t h e   m o d e l i n g   s h o u l d   n o t   d e p e n d   o n   t h e   c h a r a c t e r   o r   a v a t a r ;   ( i i )   t h e   n e x t   s t e p   i s   t o   c o n n e c t   t h e   p r e v i o u s l y   m o d e l e d   m o t i o n s   a n d   t h e   a v a t a r .   V a r i o u s   m o t i o n s   h a v e   t o   b e   c o m b i n e d   a n d   c o m p l e x   b e h a v i o r s   h a v e   t o   b e   r e a l i z e d .   I f   p a r a m e t e r s   o f   m o d e l e d   m o t i o n s   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       D e v e l o p m e n t   o f   a   S i m u l a t e d   E n v i r o n m e n t   f o r   H u m a n - R o b o t   I n t e r a c t i o n   ( J o c h e n   H i r t h )   4 6 9   a v a i l a b l e   t h e y   h a v e   t o   b e   m a p p e d   t o   t h e   v i r t u a l   c h a r a c t e r .   T h e s e   p a r a m e t e r s   m a y   i n c l u d e   s p e e d   o r   r a n g e   o f   m o t i o n ,   a n d   ( i i i ) .   F i n a l l y   t h e   a v a t a r   h a s   t o   b e   a b l e   t o   i n t e r a c t   w i t h   t h e   e n v i r o n m e n t .   T h i s   i n t e r a c t i o n   r e q u i r e s   a   u n i f o r m   i n t e r f a c e   f o r   t h e   c o l l e c t i o n   o f   i n f o r m a t i o n   a n d   t h e   i n i t i a t i o n   o f   m o t i o n s .   M o d e l i n g   o f   h u m a n   m o t i o n s :   T h e   m o d e l i n g   o f   h u m a n   m o t i o n s   i s   b a s e d   o n   t h e   w e l l   k n o w n   h u m a n   m o d e l i n g   s t a n d a r d   H - A n i m   ( F i g u r e   4 ) .   V a r i o u s   v e r s i o n s   o f   H - A n i m   a r e   p u b l i s h e d   a n d   s e v e r a l   m o d e l s   b a s e d   o n   t h i s   s t a n d a r d   a r e   a l r e a d y   a v a i l a b l e .   A d d i t i o n a l l y   m a j o r   t o o l b o x e s   l i k e   P o s e r   p a r t i a l l y   s u p p o r t   t h i s   f r e e   s t a n d a r d .   T h e   c h o i c e   o f   t h i s   s t a n d a r d   o f f e r s   t h e   p o s s i b i l i t y   t o   i n t e g r a t e   n e w   a v a t a r s   w i t h o u t   c h a n g e s   o f   t h e   m o t i o n   m o d e l i n g .   T h e   s e c o n d   a s p e c t   i s   t h e   m o d e l i n g   t o o l   i t s e l f .   V a r i o u s   t e s t e d   t o o l s   l i k e   P o s e r   a r e   l i m i t e d   t o   a   s p e c i f i c   c h a r a c t e r   w h e n   m o t i o n s   a r e   m o d e l e d .   T h e r e f o r e   w e   d e c i d e d   t o   u s e   B l e n d e r   w i t h   s i m p l i f i e d   H - A n i m   c o n f o r m i n g   a v a t a r   t o   m o d e l   t h e   d e s i r e d   m o t i o n   p r i m i t i v e s .   T h e   l e v e l s   o f   a r t i c u l a t i o n   ( L O A ) ,   w i t h   v a l u e s   b e t w e e n   0   a n d   3 ,   a r e   d e f i n e d   b y   t h e   H - A n i m   g r o u p   a n d   d e s c r i b e   t h e   a m o u n t   o f   j o i n t s   t h a t   a r e   a v a i l a b l e   w i t h i n   a   s p e c i f i c   g r o u p .   T h e   m o d e l i n g   t o o l   s u p p o r t s   t h e   m o s t   d e t a i l e d   l e v e l   3   a n d   i s   a b l e   t o   e x p o r t   a n y   d e s i r e d   L O A   l e v e l   w i t h o u t   a   r e m o d e l i n g   o f   a n y   m o t i o n .   S i m i l a r   t o   v a r i o u s   m o t i o n   m o d e l i n g   t o o l s   t h e   u s e r   s p e c i f i e s   k e y   f r a m e s   i n   a   t i m e - l i n e .   A t   t h e s e   k e y   f r a m e s   m o d e l   p o s i t i o n s   a r e   s p e c i f i e d   u s i n g   d r a g   a n d   d r o p   a n d   t h e   i n v e r s e   k i n e m a t i c s   t o o l   i n t e g r a t e d   i n   B l e n d e r .   W h e n   t h e   m o d e l i n g   p r o c e s s   i s   c o m p l e t e d   a n   e x p o r t   p l u g - i n   f o r   t h e   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   i s   u s e d   t o   i n t e r p o l a t e   t h e   s p e c i f i e d   k e y   f r a m e s   a n d   e x p o r t   i t   a s   s e q u e n c e   o f   j o i n t   a n g l e s .   A d d i t i o n a l l y   t o   t h e   L O A 3   m o d e l s   l o w e r   d e t a i l   l e v e l s   a r e   a l s o   e x p o r t e d .   T h i s   a l l o w s   t h e   m o d e l i n g   o f   a   m o t i o n   f o r   a   b r o a d   r a n g e   o f   a v a t a r s .               F i g u r e   4 .   R e a l i z e d   m o t i o n s   f o r   a   s i m u l a t e d   p e r s o n   o n   t h e   b a s i s   o f   t h e   H - A n i m   M o d e l .       I n t e g r a t i o n   i n t o   t h e   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k :   B a s e d   o n   t h e   m o t i o n   f i l e s   e x p o r t e d   w i t h   B l e n d e r s   e x p o r t   s c r i p t   t h e   c o n n e c t i o n   t o   t h e   a v a t a r s   a n d   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   m o t i o n s   h a s   t o   b e   r e a l i z e d .   E a c h   a v a t a r   i n   a   s c e n e   i s   c o n n e c t e d   t o   a   m o t i o n   m o d u l e   w h i c h   h a n d l e s   a l l   a c t i v i t i e s   t h a t   a n   a v a t a r   c a n   p e r f o r m .   T h e s e   m o t i o n   m o d u l e s   h a n d l e   t h e   s o   c a l l e d   s i m p l e   a n d   c o m p l e x   m o t i o n   p r i m i t i v e s .   S i m p l e   m o t i o n   p r i m i t i v e s   a r e   s i n g l e   m o v e m e n t s   g e n e r a t e d   a n d   e x p o r t e d   w i t h   t h e   m o d e l i n g   t o o l .   E x a m p l e s   f o r   m o t i o n   p r i m i t i v e s   a r e   h a n d   w a v i n g ,   a   s t e p   f o r w a r d ,   s i t t i n g   d o w n ,   s t a n d i n g   u p ,   a n d   m a n y   m o r e .   B e s i d e s   t h e s e   p r i m i t i v e   m o t i o n s   i t   h a s   b e c o m e   o b v i o u s   t h a t   f u r t h e r   c o m p l e x   m o t i o n s   a r e   r e q u i r e d .   C o m p l e x   m o t i o n s   a r e   d e f i n e d   a s   c o m b i n a t i o n s   o f   s i m p l e   m o t i o n s .   A n   e x a m p l e   f o r   a   c o m p l e x   m o t i o n   i s   w a l k i n g   o r   p i c k i n g   o b j e c t s .   T h e   w a l k i n g   m o t i o n   c o m b i n e s   s e v e r a l   s t e p   f o r w a r d   m o t i o n s   a n d   a   r o t a t i o n   t o   a l l o w   a n   a v a t a r   t o   r e a c h   a n y   p o i n t   i n   a   p l a n e .   T h e   r e a l i z a t i o n   o f   s i m p l e   m o t i o n s ,   c o m p l e x   m o t i o n s   a n d   t h e   i n t e r f a c e   t o   t h e   v i s u a l i z a t i o n   w i l l   b e   e x p l a i n e d   w i t h   t h e   h e l p   o f   t h e   w a l k i n g   m o t i o n   e x a m p l e .   T h e   o n l y   s i m p l e   m o t i o n   w h i c h   i s   r e q u i r e d   i s   t h e   s i n g l e   s t e p   f o r w a r d   m o t i o n .   T h i s   m o t i o n   i s   l o a d e d   f r o m   f i l e   w h i c h   i s   t h e   o u t p u t   o f   t h e   p r e v i o u s l y   d e s c r i b e d   m o d e l i n g   p r o c e s s .   I t   c o n t a i n s   a   P o s i t i o n - I n t e r p o l a t o r   w h i c h   m o v e s   t h e   H u m a n o i d   R o o t   ( t h e   p o s i t i o n   w h e r e   t h e   a v a t a r   i s   l o c a t e d   i n   t h e   s c e n e )   o f   t h e   a v a t a r   d u r i n g   t h e   s t e p   m o t i o n   a n d   s e v e r a l   O r i e n t a t i o n - I n t e r p o l a t o r s ,   w h i c h   c o n t a i n   t h e   o r i e n t a t i o n   o f   e a c h   j o i n t   o f   t h e   a v a t a r   d u r i n g   t h e   s t e p .   B e g i n   a n d   e n d   p o s e   o f   t h e   m o d e l   d u r i n g   t h a t   m o t i o n   a r e   i d e n t i c a l ,   e x c e p t   t h e   l o c a t i o n   i n   t h e   s c e n e ,   t o   a l l o w   a   s m o o t h   l o o p   e x e c u t i o n   o f   a   s i n g l e   s t e p .   T h e   c o m p l e x   m o t i o n   w a l k   c o n s i s t s   o f   v a r i o u s   s t e p s   w h i c h   a r e   s e q u e n t i a l l y   e x e c u t e d :   ( i ) .   t h e   m o d e l   i s   i n i t i a l i z e d ,   w h i c h   b r i n g s   t h e   m o d e l   t o   t h e   p o s e   w h i c h   i s   r e q u i r e d   t o   s m o o t h l y   s t a r t   t h e   s i n g l e   s t e p ;   ( i i ) .   a   p a t h   t o   t h e   t a r g e t   l o c a t i o n   a n d   o r i e n t a t i o n   i s   p l a n n e d .   T h i s   p a t h   i s   p l a n n e d   u s i n g   s p l i n e s .   C u r r e n t l y   o b s t a c l e s   a v o i d a n c e   i s   n o t   m o d e l e d   i n   t h i s   p r o c e s s ;   ( i i i ) .   s i n g l e   s t e p s   a r e   e x e c u t e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                        I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   9 ,   N o .   3 ,     D e c e m b e r   2 0 1 1   :     4 6 5     4 7 2   4 7 0 w h i l e   t r a n s l a t i n g   a n d   r o t a t i n g   t h e   m o d e l   a l o n g   t h e   p l a n n e d   c u r v e ;   a n d   ( i v ) .   a   f i n a l   s t e p   i s   p e r f o r m e d   t o   b r i n g   t h e   m o d e l   i n   a   c o n v e n i e n t   p o s i t i o n .   W h e n e v e r   s h a r p   t u r n s   a r e   p l a n n e d ,   t h e   r o t a t i o n   o f   t h e   m o d e l   i n   p l a c e   r e s u l t s   i n   a   n o n   n a t u r a l   t u r n i n g   m o t i o n .     T h i s   c a n   b e   f i x e d   b y   a p p l y i n g   a   s e c o n d   t u r n i n g   m o t i o n   a n d   o v e r l a y   b o t h   m o t i o n s   f o r   t h e   r e a l i z a t i o n   o f   t h e   c o m p l e x   w a l k   m o t i o n .   L a s t   b u t   n o t   l e a s t   t h e   m o t i o n   m o d u l e   i s   a s s i g n e d   t o   a n y   H - A n i m   c o n f i r m i n g   m o d e l   o f   a v a t a r   i n   t h e   v i s u a l i z a t i o n   e n v i r o n m e n t ,   s e e   F i g u r e   4 .   T h e   v i s u a l i z a t i o n   e n v i r o n m e n t   p r o v i d e s   a c c e s s   t o   a l l   j o i n t   a n g l e s   a n d   t h e   a v a t a r   p o s i t i o n .   F o r   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   t h e   r o b o t   c o n t r o l   s y s t e m   t h e   M o d u l a r   C o n t r o l   A r c h i t e c t u r e   K L   ( M C A 2 - K L )   i s   u s e d .   T h e r e f o r e ,   S i m V i s 3 D   p r o v i d e s   a n   i n t e r f a c e   t o   r u n   w i t h i n   t h i s   f r a m e w o r k .   S i n c e   t h e   M C A 2 - K L   i s   e x e c u t e d   s y n c h r o n o u s l y   i n   l o o p s   t h e   m o d e l   i s   u p d a t e d   i n   e v e r y   l o o p   b y   q u e r y i n g   a n   i n t e r p o l a t i o n   o f   t h e   m o d e l   p o s e   a t   t h e   r e q u e s t e d   t i m e   s t e p .   T h e s e   v a l u e s   a r e   t h e n   t r a n s f e r r e d   t o   t h e   v i s u a l i z a t i o n ,   w h i c h   s h o w s   t h e   p l a y b a c k   o f   t h e   m o t i o n .     A v a t a r   m o d u l e   i n t e r f a c e :   T h e   a c c e s s   t o   t h e   m o t i o n   m o d u l e s   f r o m   a n y   m o d u l e   i n   t h e   f r a m e w o r k   i s   r e a l i z e d   u s i n g   a   t e x t u a l   i n t e r f a c e .   I n   g e n e r a l   e v e r y   i n t e r e s t e d   m o d u l e   c a n   c o n n e c t   t o   t h e   m o t i o n   m o d u l e   a n d   s e n d   c o m m a n d s   t o   t h e   a v a t a r .   T h e   i n t e r f a c e   f o r   e a c h   o f   t h e   m o t i o n s     e i t h e r   c o m p l e x   o r   s i m p l e     i s   k e p t   s i m p l e .   E a c h   m o t i o n   c a n   b e   e x e c u t e d   b y   s e n d i n g   t h e   n a m e   o f   t h e   m o t i o n   a n d   o p t i o n a l   p a r a m e t e r s   t o   t h e   a v a t a r   m o d u l e .   T h e   w a l k   m o t i o n   f o r   e x a m p l e   i s   c a l l e d   u s i n g   t h e   c o m m a n d   w a l k   < p o s x >   < p o s y > .     G e n e r a l l y ,   h u m a n   b e i n g s   p e r f o r m   m u l t i p l e   a c t i o n s   w h i l e   m o v i n g   f r o m   o n e   l o c a t i o n   t o   t h e   o t h e r .   T h e y   m a y   s i t ,   f a l l   d o w n   e t c .   T o   a c c o m m o d a t e   t h i s   b e h a v i o r   o f   h u m a n   m o v e m e n t   a   c o m p l e t e   s e q u e n c e   o f   m o t i o n   f o r   a n   a v a t a r   w i l l   c o n s i s t s   o f   m u l t i p l e   s i m p l e   a n d   c o m p l e x   m o v e m e n t s .   T h e s e   m o t i o n s   c a n   b e   r a n d o m l y   c o m b i n e d   b u t   i t   w i l l   g e n e r a t e   a   c h a o t i c   p a t t e r n   o f   a c t i v i t i e s   w h e n   t w o   h u m a n   m o v e m e n t s   c a n n o t   b e   p e r f o r m e d   i n   a   s e q u e n t i a l   o r d e r ,   f o r   e x a m p l e ,   a   s t a n d i n g   h u m a n   c a n   f a l l   b u t   c a n n o t   w a l k   w i t h o u t   s t a n d i n g   u p   f i r s t .   T h e r e f o r e ,   i t   i s   r e q u i r e d   t o   g e n e r a t e   t h e   m o v e m e n t s   i n   a   s e q u e n c e   i n   w h i c h   a   r e a l   h u m a n   m a y   p e r f o r m   t h e s e   a c t i o n s .   G e n e r a t i o n   o f   a   m o t i o n   s e q u e n c e   h a s   b e e n   a c c o m p l i s h e d   b y   u s i n g   M a r k o v   c h a i n .   P r o b a b i l i t i e s   h a v e   b e e n   a s s i g n e d   t o   d i f f e r e n t   m o v e m e n t s   a n d   t h e s e   m o v e m e n t s   a r e   t h e n   c o m b i n e d   b a s e d   o n   t h e s e   p r o b a b i l i t i e s .   I n   c a s e ,   m o r e   t h a n   o n e   a c t i o n   h a s   t h e   s a m e   p r o b a b i l i t y ,   o n e   o f   s u c h   a c t i o n   i s   c h o s e n   r a n d o m l y   o r   a u t o n o m o u s   m o v e m e n t s   o f   t h e   a v a t a r   i n   a   m o r e   h u m a n   l i k e   w a y ,   t h e   s i m u l a t e d   c h a r a c t e r   w a l k s   i n   t h e   e n v i r o n m e n t   f r o m   o n e   p l a c e   t o   t h e   o t h e r .   O n e   a p p r o a c h   c a n   b e   t o   r a n d o m l y   s e l e c t   a   l o c a t i o n   i n   t h e   s i m u l a t e d   e n v i r o n m e n t   a n d   m o v e   t h e   s i m u l a t e d   h u m a n   t o   t h a t   l o c a t i o n .   I n   o r d e r   t o   m a k e   t h i s   m o v e m e n t   m o r e   r e a l i s t i c ,   p r o b a b i l i t i e s   o f   p r e s e n c e   o f   a   h u m a n   b e i n g   a t   d i f f e r e n t   l o c a t i o n s   h a v e   b e e n   g e n e r a t e d .   T h e s e   p r o b a b i l i t i e s   r e p r e s e n t   t h e   p r e s e n c e   o f   a   h u m a n   b e i n g   a t   d i f f e r e n t   p l a c e s   i n   t h e   e n v i r o n m e n t   b a s e d   o n   t i m e .   U s i n g   t h e s e   p r o b a b i l i t i e s   m a k e s   i t   p o s s i b l e   t o   m o v e   t h e   s i m u l a t e d   c h a r a c t e r   b a s e d   o n   p a t t e r n s   t h a t   r e p r e s e n t   t h e   r e a l   h u m a n   b e i n g   a n d   t h u s   t h e   m o v e m e n t   t o   d i f f e r e n t   l o c a t i o n s   i s   n o t   c o m p l e t e l y   r a n d o m .       3 .     E x p e r i m e n t a l   E v a l u a t i o n   o f   t h e   F r a m e w o r k   T h e   r o b o t   h u m a n o i d   R O M A N   i s   d e v e l o p e d   t o   s t u d y   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n .   O n e   t e s t   s c e n a r i o   i s   a   t a n g r a m   g a m e   s i t u a t i o n ,   s e e   F i g u r e   5 .   T a n g r a m   i s   a   t a b l e   t o p   g a m e   w h e r e   a n   i m a g e   c o n t a i n i n g   a   s i l h o u e t t e   i s   s h o w n   t o   a   p l a y e r .   T h e   t a s k   o f   t h e   p l a y e r   i s   t o   o r d e r   c o l o r e d   t i l e s   i n   a   w a y   t h a t   t h e i r   s h a p e   m a t c h e s   t h e   s h o w n   s i l h o u e t t e .   T h e   r o b o t   c a n   h e l p   b y   e v a l u a t i n g   t h e   c u r r e n t   s o l u t i o n   a n d   p r o v i d i n g   h i n t s   e . g .   a b o u t   c o r r e c t l y   o r   i n c o r r e c t l y   p l a c e d   t i l e s .   T o   s h o w   t h a t   t h e   p r o p o s e d   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   a l l o w s   t h e   s i m u l a t i o n   o f   i n t e r a c t i o n   s c e n a r i o s   a   t a n g r a m   g a m e   h a s   b e e n   r e a l i z e d   i n   s i m u l a t i o n .   T o   p l a y   t h e   g a m e   t h e   r o b o t   h a s   t o   d e t e c t   a   p e r s o n   i n   i t s   s u r r o u n d i n g   t o   p l a y   t h e   g a m e .   O n c e   a   h u m a n   p l a y s   t h e   g a m e   t h e   r o b o t   h a s   t o   r e c o g n i z e   a n d   e v a l u a t e   t h e   s o l u t i o n   c u r r e n t l y   p r o v i d e d   b y   t h e   h u m a n   p l a y e r .   F i g u r e   5   s h o w s   t h e   r e a l   t a n g r a m   g a m e   a n d   t h e   s i m u l a t e d   g a m e .   I t   i s   w o r t h   m e n t i o n i n g   t h a t   t h e   w h o l e   c o n t r o l   a r c h i t e c t u r e   o f   t h e   r o b o t   r e m a i n s   t h e   s a m e   a n d   j u s t   t h e   s e n s o r s   a n d   t h e   a c t u a t o r s   a r e   r e p l a c e d   b y   t h e   s i m u l a t e d   o n e s .   T h a t   w a y   n o   c h a n g e s   i n   t h e   c o n t r o l   s y s t e m   a r e   n e e d e d   a n d   i t   i s   g u a r a n t e e d   t h a t   t h e   s a m e   a l g o r i t h m s   a r e   u s e d   i n   s i m u l a t i o n   a n d   i n   r e a l   w o r l d .   T h a t   m e a n s   e . g .   t h e   i m a g e   p r o c e s s i n g   a l g o r i t h m s   g e t   t h e i r   i n p u t   i m a g e   f r o m   t h e   s i m u l a t e d   c a m e r a s   a n d   t h e   c o n t r o l   d a t a   i s   s e n t   t o   t h e   s i m u l a t e d   a c t u a t o r s   i n s t e a d   o f   t h e   r e a l   c a m e r a s   a n d   m o t o r s .   T h e   i m a g e s   s h o w   t h e   r e s u l t s   p r o v i d e d   b y   t h e   s a m e   e v a l u a t i o n   a l g o r i t h m s   o n c e   u s i n g   t h e   i n p u t   o f   t h e   r e a l   w o r l d   a n d   o n e   o f   t h e   s i m u l a t e d   w o r d .   I t   c a n   b e   s e e n   t h a t   t h e   r e s u l t s   a r e   t h e   s a m e .   F o r   m o r e   i n f o r m a t i o n   s e e   [ 1 1 ] .   T o   t e s t   t h e   s i m u l a t e d   e n v i r o n m e n t   u s e   A R T O S   a   t y p i c a l   a p p l i c a t i o n   s c e n a r i o   s e a r c h i n g   t h e   h u m a n   b e i n g   b y   t h e   r o b o t   ( s e e   [ 1 3 ]   f o r   d e t a i l s ) .   T o   a c c o m p l i s h   t h i s   t a s k ,   t h e   r o b o t   h a s   t o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       D e v e l o p m e n t   o f   a   S i m u l a t e d   E n v i r o n m e n t   f o r   H u m a n - R o b o t   I n t e r a c t i o n   ( J o c h e n   H i r t h )   4 7 1   d r i v e   a u t o n o m o u s l y   i n   t h e   s i m u l a t e d   e n v i r o n m e n t   a n d   d e t e c t   t h e   h u m a n   f a c e   u s i n g   t h e   c a m e r a .   F o r   a u t o n o m o u s   n a v i g a t i o n ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t h a t   t h e   g r i d - m a p   i s   b u i l d   u s i n g   t h e   s i m u l a t e d   l a s e r   s c a n n e r ,   c o n t a i n i n g   i n f o r m a t i o n   a b o u t   t h e   o b s t a c l e s   i n   t h e   s c e n e ,   a n d   t h e   p a t h   i s   p l a n n e d   a v o i d i n g   t h e s e   o b s t a c l e s .   I n   o r d e r   t o   m e a s u r e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   r o b o t   f o r   s e a r c h i n g   t h e   h u m a n ,   c e r t a i n   p o i n t s   a r e   m a r k e d   a s   r e f e r e n c e   p o i n t s   i n   t h e   e n v i r o n m e n t .   T o   m a k e   t h e   s c e n a r i o   m o r e   i n t e r e s t i n g ,   i t   i s   n o t   a l w a y s   p o s s i b l e   f o r   t h e   r o b o t   t o   d i r e c t l y   s e e   t h e   p e r s o n   f r o m   t h e s e   r e f e r e n c e   p o i n t s   e v e n   i f   s h e   i s   p r e s e n t   a r o u n d   t h e   s a m e   a r e a .   T h i s   i s   c o n s i s t e n t   w i t h   a   r e a l   l i f e   s i t u a t i o n   w h e r e   s o m e t i m e s   a   h u m a n   b e i n g   c a n   n o t   b e   i d e n t i f i e d   d u e   t o   l i g h t n i n g   c o n d i t i o n s   o r   o r i e n t a t i o n   o f   t h e   h u m a n   o r   t h e   r o b o t .   I n   t h i s   c a s e   t h e   d e s i r e d   b e h a v i o r   o f   t h e   r o b o t   i s   t h a t   i t   s h o u l d   m o v e   t o   a n o t h e r   p l a c e   a n d   t r y   t o   f i n d   t h e   h u m a n   t h e r e .   T h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   s h o w   t h a t   t h e   r o b o t   a u t o n o m o u s l y   n a v i g a t e s   t o   d i f f e r e n t   l o c a t i o n s   t o   f i n d   t h e   h u m a n   c h a r a c t e r   i n   t h e   s i m u l a t i o n   ( F i g u r e   6 ) .   I n   s o m e   c a s e s ,   d u e   t o   o r i e n t a t i o n   a n d   p o s i t i o n i n g   o f   t h e   h u m a n ,   t h e   r o b o t   w a s   n o t   a b l e   t o   f i n d   t h e   h u m a n   i n   t h e   e n v i r o n m e n t   b u t   i n   s u c h   c a s e s   i t   n a v i g a t e d   t o   t h e   o t h e r   r o o m s   a s   w a s   d e s i r e d .             4 .     C o n c l u s i o n   T e s t i n g   t h e   i n t e r a c t i o n   m e c h a n i s m s   b e t w e e n   r o b o t s   a n d   h u m a n s   i s   a   d i f f i c u l t   a n d   w o r k - i n t e n s i v e   t a s k .   E s p e c i a l l y ,   i t   i s   e x t r e m e l y   d i f f i c u l t   t o   e n s u r e   r e p r o d u c i b l e   e n v i r o n m e n t a l               F i g u r e   5 .   C o m p a r i s o n   o f   r e a l   ( u p p e r   r o w )   a n d   s i m u l a t e d   ( l o w e r   r o w )   t a n g r a m   g a m e   s i t u a t i o n :   F r o m   l e f t   t o   r i g h t   t h e   i m a g e s   s h o w   t h e   w h o l e   s c e n e ,   t h e   f a c e   d e t e c t i o n   a n d   t h e   t a n g r a m   g a m e   e v a l u a t i o n   u s i n g   c o l o r   d e t e c t o r .             F i g u r e   6 .   C o m p a r i s o n   o f   r e a l   a n d   s i m u l a t e d   h o m e   e n v i r o n m e n t :   I n   t h e   l e f t - m o s t   i m a g e   t h e   r o b o t   p l a n s   a   p a t h   t o   r e a c h   t h e   p e r s o n   i n   t h e   r e a l   w o r l d .   T h e   m i d d l e - i m a g e   s h o w s   t h e   s i m u l a t e d   s i t u a t i o n   a n d   i n   t h e   r i g h t - m o s t   i m a g e   t h e   r o b o t   f i n d s   t h e   s i m u l a t e d   p e r s o n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                        I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   9 ,   N o .   3 ,     D e c e m b e r   2 0 1 1   :     4 6 5     4 7 2   4 7 2 c o n d i t i o n s .   I n   a   n a t u r a l   e n v i r o n m e n t   t h e r e   a r e   a l w a y s   c h a n g e s   a n d   d i s t u r b a n c e s   w h i c h   i n f l u e n c e   b o t h   t h e   h u m a n   i n t e r a c t i o n   p a r t n e r   a n d   t h e   r o b o t   s y s t e m .   I n   o r d e r   t o   a v o i d   s u c h   p r o b l e m s   a n d   t o   p r o v i d e   a   t e s t   e n v i r o n m e n t   t h a t   a l w a y s   a l l o w s   t e s t i n g   u n d e r   f r e e l y   d e f i n a b l e   a n d   r e p r o d u c i b l e   c o n d i t i o n s ,   t h e   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   S i m V i s 3 D   h a s   b e e n   e x t e n d e d   t o   r e a l i z e   i n t e r a c t i o n   s i t u a t i o n s .   T o   t e s t   t h e   q u a l i t y   o f   t h e   d e v e l o p e d   s i m u l a t i o n   t w o   i n   r e a l i t y   e x i s t i n g   r o b o t   s y s t e m s ,   t h e   h u m a n o i d   r o b o t   R O M A N   a n d   t h e   s e r v i c e   r o b o t   A R T O S ,   h a v e   b e e n   i m p l e m e n t e d   i n   t h e   S i m V i s 3 D   f r a m e w o r k .   A f t e r w a r d s ,   t h e   s a m e   e x p e r i m e n t s   h a v e   b e e n   r e a l i z e d   i n   s i m u l a t i o n   a n d   i n   r e a l   w o r l d .   I t   m u s t   b e   m e n t i o n e d   t h a t   t h e   c o n t r o l   a l g o r i t h m s   w e r e   n o t   c h a n g e d .   O n l y   t h e   r e a l   h a r d w a r e   a n d   e n v i r o n m e n t   h a v e   b e e n   r e p l a c e d   b y   t h e   s i m u l a t e d   o n e s .   T h e   r e s u l t s   o f   t h e s e   e x p e r i m e n t s   s h o w e d   t h a t   t h e   r o b o t s   b e h a v e   i n   t h e   s a m e   w a y   i n   t h e   r e a l   w o r l d   a s   w e l l   a s   i n   s i m u l a t i o n .   T h e r e f o r e ,   w i t h   t h e   p r e s e n t e d   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   a   v e r y   p o w e r f u l   t o o l   t h a t   p e r m i t s   t h e   e a s y   d e f i n i t i o n   o f   r e p r o d u c i b l e   t e s t   s c e n a r i o s   f o r   r o b o t   c o n t r o l   s o f t w a r e ,   w h i c h   m a k e s   t h e   d e v e l o p m e n t   p r o c e s s e s   m u c h   m o r e   e f f e c t i v e   h a s   b e e n   d e v e l o p e d .   A n   i m p o r t a n t   r e q u i r e m e n t   f o r   a   s i m u l a t i o n   f r a m e w o r k   f o r   h u m a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n ,   t h e   a s p e c t   o f   i n t e r a c t i v e   s i m u l a t e d   h u m a n   b e h a v i o r   h a s   n o t   b e e n   a d d r e s s e d   y e t .   A l t h o u g h   t h e   i n t e r f a c e   i s   a l r e a d y   r e a l i z e d   o n l y   s c h e d u l e d   m o t i o n s   a r e   p o s s i b l e   u p   t o   n o w .   T h i s   a s p e c t   i s   o f   i n t e r e s t   f o r   f u t u r e   i m p l e m e n t a t i o n s .   F u r t h e r m o r e ,   t h e   s i m u l a t e d   p e r s o n   s h o u l d   b e   e n a b l e d   t o   r e a l i z e   a l s o   v e r b a l   i n t e r a c t i o n   w i t h   t h e   r o b o t .   T h e r e f o r e ,   a n   i n t e r f a c e   b e t w e e n   t h e   s i m u l a t i o n   a n d   t h e   s p e e c h   s y n t h e s i s   a n d   s p e e c h   s i m u l a t i o n   s y s t e m   s h o u l d   b e   g e n e r a t e d .   A n o t h e r   i m p o r t a n t   a s p e c t   f o r   m a k i n g   t h e   s i m u l a t e d   h u m a n   m o r e   r e a l i s t i c   i s   t h e   r e a l i z a t i o n   o f   c o l l i s i o n   d e t e c t i o n   a s   w e l l   a s   t h e i r   e f f e c t s   t o   t h e   h u m a n   a n d   t h e   e n v i r o n m e n t .   B e s i d e s   t h i s ,   a d d i t i o n a l   s t a n d a r d   m o t i o n   p a t t e r n s   o f   t h e   h u m a n   c h a r a c t e r   w i l l   b e   d e v e l o p e d   t o   i n c r e a s e   t h e   l e v e l   o f   r e a l i s m   d u r i n g   t e s t i n g   o f   m e t h o d o l o g i e s   b e i n g   d e v e l o p e d   f o r   t h e   r o b o t .       A c k n o w l e d g e m e n t   W e   g r a t e f u l l y   a c k n o w l e d g e   D A A D   a n d   H E C - P a k i s t a n   f o r   p a r t i a l l y   s u p p o r t i n g   t h i s   w o r k .     R e f e r e n c e s   [ 1 ]   Ko e n i g   N ,   H o w a r d   A.   D e s i g n   a n d   U s e   Pa r a d i g m s   f o r   G a z e b o ,   a n   O p e n - So u r c e   M u l t i - R o b o t   Si m u l a t o r .   I E EE/ R SJ   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   I n t e l l i g e n t   R o b o t s   a n d   Sy s t e m s   ( I R O S) ,   Se n d a i ,   J a p a n .   2 0 0 4 :   2 1 4 9 2 1 5 4 .   [ 2 ]   C á c e r e s   D .   A,   Ba r b e r á   H M ,   I z q u i e r d o   M AZ ,   Ba l i b r e a   L M T .   R e a l - T i m e   F r a m e w o r k   f o r   R o b o t i c s   So f t w a r e .   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   C o m p u t e r   I n t e g r a t e d   M a n u f a c t u r i n g   ( C I M - 0 3 ) .   W i s l a ,   Po l a n d .   2 0 0 3 .   [ 3 ]   G r e g g i o   N ,   Si l v e s t r i   G ,   M e n e g a t t i   E,   Pa g e l l o   E.   R e a l i s t i c   S i m u l a t i o n   o f   a   H u m a n o i d   R o b o t   i n   U s a r s i m .   Pr o c e e d i n g   o f   t h e   4 t h   I n t e r n a t i o n a l   Sy m p o s i u m   o n   M e c h a t r o n i c s   a n d   i t s   Ap p l i c a t i o n s   ( I SM A0 7 ) ,   Sh a r j a h ,   U . A. E .   2 0 0 7 .   [ 4 ]   Ba b s k i   C ,   T h a l m a n n   D .   R e a l - t i m e   An i m a t i o n   a n d   M o t i o n   C a p t u r e   i n   W e b   H u m a n   D i r e c t o r   ( W H D ) .   Pr o c e e d i n g s   W e b 3 D   -   VR M L   2 0 0 0 .   F i f t h   Sy m p o s i u m   o n   t h e   Vi r t u a l   R e a l i t y   M o d e l i n g   L a n g u a g e .   AC M .   L a u s a n n e ,   Sw i t z e r l a n d .   2 0 0 0 .   [ 5 ]   G l e i c h e r   M .   R e t a r g e t t i n g   M o t i o n   t o   N e w   C h a r a c t e r s .   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   2 5 t h   a n n u a l   c o n f e r e n c e   o n   C o m p u t e r   g r a p h i c s   a n d   i n t e r a c t i v e   t e c h n i q u e s .   N e w   Y o r k ,   U SA.   1 9 9 8 :   3 3 4 2 .   [ 6 ]   C h e n   L ,   Be c h k o u m   K,   C l a p w o r t h y   G .   L o g i c a l   Ap p r o a c h   t o   H i g h - L e v e l   Ag e n t   C o n t r o l .   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Au t o n o m o u s   A g e n t s   ( AA) .   M o n t r e a l ,   C a n a d a .   2 0 0 1 :   1 8 .   [ 7 ]   Ba s o r i   AH ,   T e n r i a w a r u   A,   M a n s u r   AB F .   I n t e l l i g e n t   Av a t a r   o n   E - L e a r n i n g   U s i n g   F a c i a l   Ex p r e s s i o n   a n   H a p t i c .   T EL KO M N I KA  I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   En g i n e e r i n g .   2 0 1 1 ;   9 ( 1 ) :   1 1 5 - 1 2 4 .   [ 8 ]   Sc h w e i s s   E,   R a u p p - M u s s e   S,   G a r a t   F ,   T h a l m a n n   D .   An   Ar c h i t e c t u r e   t o   G u i d e   C r o w d s   u s i n g   a   R u l e - Ba s e d   B e h a v i o r   Sy s t e m .   Pr o c e e d i n g s   o f   Au t o n o m o u s   Ag e n t s .   W a s h i n g t o n ,   U SA.   1 9 9 9 :   3 3 4 3 3 5 .   [ 9 ]   T h a l m a n n   D .   C o n t r o l   a n d   Au t o n o m y   f o r   I n t e l l i g e n t   V i r t u a l   Ag e n t   Be h a v i o u r .   L e c t u r e   N o t e s   i n   C o m p u t e r   Sc i e n c e .   S p r i n g e r   Be r l i n   /   H e i d e l b e r g .   2 0 0 4 :   5 1 5 5 2 4 .   [ 1 0 ]   Br a u n   T ,   W e t t a c h   J ,   Be r n s   K.   C u s t o m i z a b l e ,   M u l t i h o s t   Si m u l a t i o n   a n d   Vi s u a l i z a t i o n   F r a m e w o r k   f o r   R o b o t   Ap p l i c a t i o n s .   1 3 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Ad v a n c e d   R o b o t i c s   ( I C AR 0 7 ) .   J e j u ,   Ko r e a .   2 0 0 7 : 1 1 0 5 1 1 1 0 .   [ 1 1 ]   Sc h m i t z   N ,   H i r t h   J ,   Be r n s   K.   Si m u l a t i o n   F r a m e w o r k   f o r   H u m a n - R o b o t   I n t e r a c t i o n .   I n   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e s   o n   Ad v a n c e s   i n   C o m p u t e r - H u m a n   I n t e r a c t i o n s   ( AC H I ) ,   St .   M a a r t e n ,   N e t h e r l a n d s   An t i l l e s .   2 0 1 0 :   7 9 - 8 4 .   [ 1 2 ]   D e i n e s   E .   Ac o u s t i c   Si m u l a t i o n   a n d   Vi s u a l i z a t i o n   Al g o r i t h m s .   U n i v e r s i t y   o f   Ka i s e r s l a u t e r n ;   2 0 0 8 .   [ 1 3 ]   M e h d i   S.   A,   Be r n s   K.   Pr o b a b i l i s t i c   Se a r c h   o f   H u m a n   b y   Au t o n o m o u s   M o b i l e   R o b o t .   4 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Pe r v a s i v e   T e c h n o l o g i e s   R e l a t e d   t o   As s i s t i v e   En v i r o n m e n t s   ( PET R A) .   C r e t e ,   G r e e c e .   2 0 1 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.