ETD

• camera orientation control
• cyber sickness
• human-like visual flow
• mobile robot
• robot kinematic model
• telepresence
• three-dimensional scenario
• visual servoing

La telepresenza rappresenta uno degli ambiti della robotica in maggiore espansione, consentendo a un operatore di esplorare ambienti remoti mediante il feedback visivo acquisito da una telecamera. Tuttavia, i movimenti di un robot non risultano sempre naturali per un essere umano, che può quindi provare disagio o malessere e incorrere in fenomeni di \emph{Cyber Sickness}.

In questo lavoro viene affrontato il problema del miglioramento del comfort visivo nei sistemi di telepresenza, proponendo una strategia di controllo che disaccoppia il movimento del robot dalla percezione visiva fornita all’operatore. L’idea alla base è quella di controllare attivamente l’orientazione della telecamera in modo da rendere il flusso visivo più stabile e coerente, anche in presenza di traiettorie tridimensionali e variazioni di assetto del robot.

A tal fine, viene sviluppato un modello di robot omnidirezionale che si muove in ambiente tridimensionale, tenendo conto della morfologia del terreno e delle conseguenti variazioni di quota, pitch e roll. Il robot è equipaggiato con una telecamera PTZ-R, dotata di gradi di libertà in pan, tilt e roll, il cui orientamento viene controllato mediante una strategia basata sul Jacobiano dell’immagine e su un controllo predittivo. L’obiettivo del controllo è far sì che le feature nel piano immagine seguano una traiettoria visiva di riferimento human-like, ottenuta ipotizzando il comportamento visivo di un osservatore umano
durante lo stesso spostamento.

La metodologia proposta è stata validata attraverso simulazioni numeriche e test in ambiente ROS-Gazebo, considerando scenari tridimensionali caratterizzati da variazioni significative di quota e da traiettorie non rettilinee, includendo deviazioni compatibili con la presenza di ostacoli. I risultati mostrano come il controllo della telecamera consenta di mantenere contenuto l’errore nel piano immagine e di migliorare la stabilità del feedback visivo rispetto a strategie non compensate. Infine, l’efficacia dell’approccio è stata valutata anche dal punto di vista percettivo tramite la visualizzazione di video e la raccolta di feedback soggettivi, evidenziando un miglioramento del comfort visivo percepito dall’utente.

Telepresence represents one of the fastest-growing areas in robotics, enabling an operator to explore remote environments through the visual feedback provided by a camera. However, the motion of a robot is not always perceived as natural by a human observer, which may lead to discomfort or malaise and result in phenomena known as \emph{Cyber Sickness}.

This work addresses the problem of improving visual comfort in telepresence systems by proposing a control strategy that decouples the robot motion from the visual perception delivered to the operator. The core idea is to actively control the orientation of the camera in order to provide a more stable and coherent visual flow, even in the presence of three-dimensional trajectories and variations in the robot attitude.

To this end, a model of an omnidirectional robot moving in a three-dimensional environment is developed, accounting for the terrain morphology and the resulting variations in elevation, pitch, and roll. The robot is equipped with a PTZ-R camera, featuring pan, tilt, and roll degrees of freedom, whose orientation is controlled through a strategy based on the image Jacobian and on predictive control. The goal of the controller is to enforce a human-like visual reference trajectory for the image features, obtained by assuming the visual behavior of a human observer during the same motion.

The proposed methodology has been validated through numerical simulations and tests in a ROS–Gazebo environment, considering three-dimensional scenarios characterized by significant elevation changes and non-straight trajectories, including deviations compatible with the presence of obstacles. The results show that controlling the camera orientation allows the image-plane error to remain bounded and improves the stability of the visual feedback compared to uncompensated strategies. Finally, the effectiveness of the approach has also been assessed from a perceptual perspective by visualizing recorded videos and collecting subjective feedback, highlighting an improvement in the perceived visual comfort of the user.