Generation of human walking paths based on inverse optimal control approach

The purpose of this thesis is to present the approach method to generate human path which based on inverse optimal control problem. The main aim is to simulate human locomotion and build optimal control models that can be used to control robot motion. To determine the optimization criterion by solving inverse optimal control problem for a given dynamic process and an observed solution, we here use a dual-level approach and estimate parameters to guarantee a match between experimental measurement and optimal control problem. We apply this approach to both simulated and experimental data to obtain a simple model of human walking trajectories. The performance of the approached methods and generated path were tested in MALTAB simulation and V-REP simulation, which include the reference paths generation, parameters estimation and approached paths certification. The approach methods were based on Least Square and Fréchet Distance.

L'obiettivo di questo lavoro è di presentare un metodo, basato sulla soluzione di un problema di controllo ottimo, per la generazione di percorsi di cammino il più possibile simili a quelli pianificati da un essere umano. Lo scopo del lavoro riguarda sia la simulazione del movimento di un essere umano che la pianificazione di percorsi per robot umanoidi il più possibile simili a quelli di un essere umano. Il metodo studiato parte dall'ipotesi che gli esseri umani pianifichino il loro moto ottimizzando un funzionale di costo. Ciò può essere facilmente tradotto in un problema di controllo ottimo basato su un modello dinamico semplificato e su una cifra di merito di cui si suppone nota la struttura e incogniti i parametri. Il problema affrontato riguarda quindi l'implementazione di un algoritmo per la stima di tali parametri, a partire da un insieme di traiettorie di moto ottenute sperimentalmente. Una volta stimati i parametri della funzione di costo è stato risolto il problema di controllo ottimo, utilizzando MATLAB, in modo da rigenerare al calcolatore le traiettorie e confrontarle con quelle sperimentali. Tale confronto è stato eseguito utilizzando sia la distanza euclidea che la distanza di Fréchet. E' stato infine utilizzato l'ambiente di simulazione V-REP per mostrare la differenza tra la camminata registrata sperimentalmente e quella ricreata al calcolatore.