Towards the development of an autonomous guide for visually impaired users for sport activities

Visual impairment poses significant challenges, affecting daily activities such as navigating unfamiliar environments, avoiding obstacles, and participating in physical activities, thereby diminishing the overall quality of life. This project's main objective is to leverage technology to address the unique needs of visually impaired individuals, fostering a more inclusive environment. The thesis is conducted within the BUDD-e project (Blind-assistive aUtonomous Droid Device), funded by Politecnico di Milano through the POLISOCIAL 2021 program and the PRIN 2022 project CARE (Control of Assistive Robots in crowded Environments). The project aims to tackle daily challenges encountered in accessing services, public spaces, sports arenas, healthcare facilities, shopping areas, and cultural centers. By developing a novel robotic guide, the goal is to provide a comprehensive solution that surpasses existing technological limitations and empowers users to engage in diverse environments, including sports activities. Although the BUDD-e prototype is promising for mobility concerns, it faces challenges related to reactivity and adaptability. Indeed, enhancements are necessary to support visually impaired individuals in various scenarios. First, this thesis focuses on optimizing the smart tether system configuration to enhance practicality and user comfort, addressing issues, such as undesirable oscillations and discomfort in sports environments. Secondly, to achieve a responsive and adaptable robotic guide, a new distance controller is devised to ensure more reactive and precise control of the robot's position relative to the user. Additionally, a critical stopping issue is addressed by introducing an innovative strategy, consisting of a prompt user brake detection and of a feedforward brake controller when necessary. These advancements address previous limitations and expand potential applications.

Le disabilità visive comportano sfide significative agli individui che ne soffrono, influenzando le attività quotidiane come orientarsi in ambienti non familiari, evitare ostacoli e la partecipare ad attività fisiche. Queste difficontà riducono complessivamente la qualità della vita. L'obiettivo principale di questo progetto è sfruttare la tecnologia per rispondere alle esigenze uniche delle persone con disabilità visive, favorendo un ambiente più inclusivo. La tesi è condotta nell'ambito del progetto BUDD-e (Blind-assistive aUtonomous Droid Device), finanziato dal Politecnico di Milano attraverso il programma POLISOCIAL 2021 e il progetto PRIN 2022 CARE (Control of Assistive Robots in crowded Environments). Il progetto si propone di affrontare le sfide quotidiane relative all'accesso a servizi e spazi pubblici, come impianti sportivi, strutture sanitarie, aree commerciali e centri culturali. Sviluppando una innovativa guida robotica, l'obiettivo è fornire uno strumento che superi le limitazioni delle tecnologie esistenti e consenta agli utenti di svolgere attività, anche sportive, in diversi ambienti. Sebbene il prototipo BUDD-e sia una soluzione promettente per i problemi di mobilità, deve affrontare sfide legate alla reattività e all'adattabilità per migliorare il support a persone ipovedenti in diversi scenari. Nella prima parte questa tesi si concentra sull'ottimizzazione della configurazione del cosiddetto smart tether system per migliorare il comfort dell'utente, affrontando problemi come le oscillazioni indesiderate e il disagio negli ambienti sportivi. Nella seconda parte della tesi, per ottenere una guida robotica reattiva e adattativa, è stato ideato un nuovo controllore che garantisce un controllo più reattivo e preciso della posizione del robot rispetto all'utente. Inoltre, è stato affrontato un problema critico di frenata introducendo un approccio innovativo al problema di controllo della distanza nella fase in cui l'utente si ferma. La strategia proposta consiste nella rilevazione tempestiva della frenata dell'utente e prevede un'azione di frenata in feedforward quando necessario. Questi miglioramenti affrontano le limitazioni precedenti ed espandono le applicazioni potenziali.