Interfaz de usuario para un sistema móvil de ayuda a la navegación de sillas de ruedas autónomas en entornos estructurados

In e az de usua io pa a un sis ema mó il de ayuda a la na egación de sillas de uedas au ónomas en en o nos es uc u ados D. Cagigas, J. Abascal, N. Ga ay, L. Ga deazabal Labo a o io de In e acción Pe sona-Compu ado pa a Necesidades Especiales Facul ad de In o má ica. Uni e sidad del País Vasco-Euskal He iko Unibe si a ea Manuel La dizabal 1. 20018. Donos ia-San Sebas ián Telé ono: +34 943 018067, Fax: +34 943 219306 [acbcamud,julio,nes o ,luisg]@si.ehu.es Resumen. Es e abajo a a los p oblemas asociados al diseño de la in e az de usua io del sis ema de na egación asis ida de una silla de uedas de acción eléc ica den o del en o no Te aNau a∗. El diseño se ajus a a las es icciones impues as po las ca ac e ís icas del sis ema (mó il, empo ado, de amaño educido y de bajo cos e económico), de los usua ios (pe sonas con se e as es icciones mo o as y, a eces, senso iales) y de la a ea (manejo un mapa de un en o no es uc u ado ex enso pa a la plani icación de u as). Po o o lado, se plan ea la necesidad de que la in e az sea adap able al usua io de mane a que, además de adecua se a sus necesidades y p e e encias, le pe mi a el ap endizaje p og esi o. El obje i o inal es que el usua io aya asumiendo más unciones y ac i idades pa a log a así una ehabili ación más comple a. 1. In oducción El desa ollo de sis emas de ayuda a la na egación de sillas de uedas de acción eléc ica ha sido una cons an e a lo la go de la his o ia de es e ipo de ehículos [1]. La mayo pa e de esos sis emas p es an más a ención a las uncionalidades apo adas a la na egación que a la in e az de usua io. De es e modo, las in e aces u ilizadas en las sillas de uedas au ónomas ecuen emen e son o bien disposi i os so is icados y ca os, ales como o denado es po á iles, cla amen e in au ilizados o bien disposi i os poco usables, muy en ocados y especializados a la a ea de na egación en conc e o que se quie e implemen a . Po ello se plan ea la necesidad de diseña in e aces en ocadas a la na egación au ónoma de una silla de uedas de acción que sean más adecuadas y usables y que pe mi an una mejo in eg ación con los disposi i os de en ada/salida es ánda que es as sillas lle an inco po ados. Dichas ∗El p oyec o Te aNau a ha sido pa cialmen e sub encionado po la CICYT (TER96-2056- C02-02) y el Ins i u o de Mig aciones y Se icios Sociales, den o del P oyec o In eg ado de Tecnología de la Rehabili ación (PITER). in e aces han de pe mi i además cumpli una a ea ehabili ado a que en los sis emas que apa ecen en la bibliog a ía has a el momen o no ha sido enida en cuen a. La in e az que se a a desc ibi en los p óximos apa ados es á basada en el p oyec o Te aNau a [2] (un sis ema de na egación asis ida pa a sillas de uedas) aunque es ácilmen e ex ensible a o os sis emas de na egación en en o nos es uc u ados no necesa iamen e inculados a la ecnología de la ehabili ación ales como g andes supe icies come ciales, ae opue os, e c. 2. Desc ipción gene al del sis ema El obje i o p incipal del sis ema Te aNau a es la c eación de un sis ema de ayuda a la na egación que pe mi a a un usua io de una silla de uedas i de un pun o a o o den o de un en o no es uc u ado ce ado (hospi al, cen o de día, hoga …) con el mínimo es ue zo ísico y cogni i o. En los p óximos apa ados se desc ibe de o ma esumida el sis ema de na egación en su conjun o. 2.1. A qui ec u a del sis ema En la a qui ec u a del sis ema Te aNau a las pa es más impo an es son el módulo de con ol y el de plani icación de ayec o ias. Ambos se descomponen a su ez en a ios sub-módulos in e conec ados en e sí y que es án enca gados de ealiza di e sas unciones. El módulo de con ol se enca ga de segui balizas, p ocesa las señales ex e nas ecibidas po los senso es (p incipalmen e balizas ex e nas) e in e ac ua con los mo o es. Po su pa e, el módulo de plani icación de ayec o ias se enca ga de gene a ayec o ias en e un o igen y un des ino, busca ayec o ias al e na i as y ga an iza la segu idad del usua io (e i ación de obs áculos y coo dinación del á ico en e di e en es sillas). El sis ema Te aNau a se in eg a como un módulo más den o del bus DX (una e sión especial pa a sillas de uedas del bus CAN) y que es en la ac ualidad un es ánda de ac o en el ámbi o de las sillas de uedas de acción eléc ica (lo que elimina la necesidad de in e eni en los disposi i os mo o es y de con ol o iginales de la silla). 2.2. En o no de na egación y su abs acción/modelado Las sillas de uedas Te aNau a se mue en en un en o no ce ado es uc u ado (conc e amen e las p uebas se han hecho en un hospi al de cua o plan as). El sis ema usa mapas pa a plani ica y supe isa a ayec o ia. Los obo s mó iles u ilizan dos ipos de mapas: mé icos y opológicos. Los p ime os di iden el espacio en celdas (gene almen e cuad angula es) e ique ándolas en unción de si ep esen an espacio lib e de obs áculos o no. Los segundos es án basados en g a os y ep esen an los espacios lib es median e nodos y a cos a lo la go de los cuales no exis e ningún obs áculo. Debido a que el módulo de con ol de Te aNau a se basa en el seguimien o de balizas o ma cas, el sis ema de na egación iene que hace uso de mapas opológicos (g a os). Pa a da le mayo gene alidad, se u iliza un mapa mul ini el. De es e modo, el sis ema de na egación puede gene a ayec o ias en e pun os (nodos en el g a o) en dis in as plan as del edi icio. La g an can idad de in o mación que ha de maneja el plani icado de ayec o ias con el in de ob ene la ayec o ia óp ima en e dos nodos hace que el mapa global haya de se descompues o en a ios submapas o mando en e sí una je a quía de mapas en o ma de á bol n-a io. La búsqueda de ayec o ias óp imas en es as es uc u as se ealiza median e algo i mos basados en el A* y ablas de u as p ecalculadas que acele an los cálculos. 3. La in e az de usua io En los 10 úl imos años se ha p oducido una g an expansión de disposi i os elec ónicos po á iles que han pues o en e idencia los p oblemas de usabilidad que en o os sis emas habían pasado inad e idos. Debido a ello, el in e és po las in e aces más ap opiadas a es os nue os disposi i os ha ido en aumen o. Pie e al. [3], po ejemplo, analizan los p oblemas que ienen los displays pequeños y p oponen mé odos pa a abo da es as di icul ades. Toub [4] es udia los equisi os de usabilidad de los denominados wea able compu e s (disposi i os in o má icos que in e ac úan con el usua io de mane a más p óxima a a és de la opa o el calzado po ejemplo). Landay e al. [5] des acan ace adamen e que, aunque muchas de las aplicaciones que se u ilizan en en o nos no mó iles sean ú iles y deseables en en o nos mó iles, no ocu e lo mismo con la in e az o el sis ema de in e ac uación. O o aspec o in e esan e es el que hace e e encia a la necesidad de conside a odos los aspec os p esen es en la in e acción con el disposi i o en el en o no de abajo; según Rodden e al. [6], es necesa io ene muy en cuen a el con ex o en el que se a a u iliza el disposi i o mó il. Es e úl imo aspec o ha sido cla e en la in e az que se p opone en es e a ículo. En los siguien es apa ados se plan ea una solución pa a una in e az de usua io de una silla de uedas eniendo en cuen a es udios an e io men e ealizados en el campo de los disposi i os mó iles. 3.1 Necesidades y p oblemas de diseño de la in e az de usua io El usua io de Te aNau a iene impo an es limi aciones mo o as, lo que le impide usa eclados no males, pan allas ác iles y disposi i os apun ado es que equie an g an p ecisión mo o a. Usualmen e u ilizan joys ick o disposi i os de en ada equi alen es (mou hs icks, heads icks, e c.) El p incipal p oblema de diseño es, sin duda, la necesidad de isualiza g an can idad de in o mación g á ica (en nues o caso, un mapa con in inidad de pun os que pueden se o ígenes y des inos). Si se mues a simul áneamen e, es a g an can idad de in o mación puede llega a ab uma y con undi al usua io. Po ello, se ha de diseña una in e az jun o con una es a egia de p esen ación de la in o mación que pe mi an al usua io hace las selecciones de o ígenes y des inos de la mane a más ápida y sencilla posible. Además, la in e az debe se adap a i a y " ehabili ado a". El sis ema de na egación es capaz de lle a de un pun o a o o al usua io sin in e ención alguna po pa e de és e. Sin emba go, desde el pun o de is a de la ehabili ación esul a in e esan e que el usua io pa icipe lo más ac i amen e posible. Po an o, el sis ema debe adap a se a la capacidad del usua io y pe mi i le in e eni en el guiado an o como pueda. La in e az hace un seguimien o pe sonalizado del usua io, que incluye sus p e e encias, gus os y su ni el de ap endizaje/p og eso. Es o, unido a la posibilidad de con igu ación de la in e az (colo es, o ma o,...) pe mi e adecua el sis ema [7] a los equisi os impues os po los usua ios o sus asis en es ( e apeu as, amilia, e c.). Además, la in e az ha de se de bajo cos e económico y ácilmen e in eg able en una silla de uedas es ánda . Así, el obje i o es ga an iza la segu idad, e iciencia y iabilidad económica sin disminui la usabilidad [8] y el buen diseño de la in e az de usua io. 3.2 La in e az p opues a El diseño de la in e az se puede di idi en dos pa es bien di e enciadas. Po un lado es á la in e az ísica y po o o la in e az cogni i a. La in e az ísica es bas an e sencilla (display in eg ado con o os disposi i os es ánda es de la silla) y simplemen e p opo ciona las uncionalidades necesa ias pa a consegui una comunicación e icaz. Po o o lado, es á la in e az cogni i a que ha de ealiza di e sas unciones que comp enden el manejo de in o mación compleja y abundan e, la adap ación a las necesidades del usua io y p opo ciona además capacidades ehabili ado as al deja que sea el usua io el que pa icipe ac i amen e en segui de una u a. La solución que se p opone in eg a un display como sis ema de salida, di ec amen e conec ado median e una conexión es ánda RS232 al compu ado que con ola el sis ema de na egación. El sis ema de en ada es el es ánda de la silla de uedas (joys ick o disposi i o equi alen e) que es el que u iliza el usua io pa a el guiado. La in e az pe mi e selecciona cualquie pun o de o igen o des ino en el mapa que maneja el sis ema de na egación, median e menús y submenús. Además pe mi e pasa a modo manual (uso no mal de una silla de uedas eléc ica), busca la baliza más p óxima, selecciona un nodo des ino u o igen de una lis a de des inos a o i os (luga es más ecuen emen e isi ados) y con igu a la p opia in e az. La opción de con igu ación es á pensada pa a cambia pa áme os ales como la elocidad de ba ido de la in e az o añadi o bo a des inos a o i os. También se con empla la posibilidad de deja que el usua io u ilice un sis ema de ba ido o haga la selección de los menús a a és del joys ick. Al joys ick hay suma como disposi i os de en ada los swi ches (bo ones/in e up o es) que suelen acompaña a los disposi i os de con ol de las silla de uedas (en el caso de no llega a dispone de ninguno de es os swi ches, un pulsado conec ado a o a salida RS232 del compu ado puede ale ). En el caso de sillas que hacen uso del bus DX, el il ado de las señales an o del joys ick como de los swi ches se puede hace ácilmen e sin ene que al e a la a qui ec u a es ánda de la silla. Respec o de la in e az cogni i a, hab ía que des aca que los pun os de des ino pueden se , como se ha dicho, seleccionados de una mane a in ui i a a a és de menús je á quicos. Un menú mues a las dis in as zonas o egiones que se pueden isi a en un de e minado escena io. La selección de una opción en un menú conduce a la apa ición de menús encadenados has a selecciona el pun o des ino deseado en el ni el más bajo de la je a quía (la in e az de muchos elé onos mó iles cons i uye un buen ejemplo de es e ipo de menús). En la igu a 1 se puede e un ejemplo de selección de un pun o de des ino a a és de los menús de un display. El sis ema de na egación no necesi a ob ene el pun o de o igen desde el cual se empieza la ayec o ia ya que lo de ec a median e la u ilización de las balizas colocadas a lo la go del en o no de abajo. En conc e o, el p o o ipo ac ual de Te aNau a, en el cual se basa es e es udio, u iliza balizado pasi o (conc e amen e, median e T ansponde s) si uado en el suelo. Una posibilidad es que el módulo de seguimien o de ayec o ias de ina la ayec o ia a segui desde el o igen al des ino seleccionado e indique al usua io los gi os y pasos a ealiza en cada c uce po el que ci cula la silla. Así, es el p opio usua io el que decide el p óximo mo imien o a e ec ua po la silla. Si decide conduci la silla po o o camino, el módulo de plani icación de u as p opone una nue a ayec o ia y le a sugi iendo nue as acciones basadas en ella, como se e á más en de alle en un apa ado pos e io . En cuan o a la unción de in e acción con el sis ema de na egación, de ca a a consegui una ehabili ación más comple a del usua io, la solución p opues a es simila a la de la selección de pun os de o igen y des ino. Una ez de inidos el pun o de o igen y el de des ino, se calcula la ayec o ia en e ambos. En el display se mues an odos los posibles mo imien os de la silla, esal ándose el mejo mo imien o pa a la silla an es de llega al siguien e gi o. Como ya se ha indicado an e io men e, es el usua io en onces el que ha de selecciona el mo imien o p opues o u o o. Nue amen e se pod á elegi en e u iliza un sis ema de ba ido o el joys ick. En el supues o caso de que el usua io seleccione o o mo imien o al e na i o al p opues o, ápidamen e se le p opone o a ayec o ia al e na i a con nue os mo imien os. En la igu a 2 se mues a un ejemplo de es a uncionalidad. Todos es os inciden es son ecogidos po el sis ema de ca a a ealiza un modelado pe sonalizado del usua io en el que se ayan ecogiendo da os sob e, po ejemplo, su ni el de ap endizaje. Hay que des aca ambién que el sis ema de na egación a a és de menús p esen a los mismos p oblemas que se han de ec ado en disposi i os de elecomunicación po á iles basados en ecnología WAP. P incipalmen e, el iempo de acceso a la in o mación es excesi o. Además, es e iempo no mejo a sus ancialmen e con el uso y el ap endizaje. Como consecuencia, el usua io puede ende a educi su u ilización. Una al e na i a al uso de menús encadenados pod ía se un eclado i ual en el display median e el cual el usua io esc ibi ía los pun os de o igen y/o des ino. Pasa a Manual Elija opción: Elija opción: Busca línea Plan a baja Sección No e De ini o igen P ime a plan a Sección Su De ini des ino Segunda plan a Fa o i os Te ce a plan a CONFIGURAR CANCELAR CANCELAR Elija opción: Elija opción: Habi ación 1 Cama Habi ación 2 Esc i o io Habi ación 3 La abo Ven ana CANCELAR CANCELAR Fig. 1. Ejemplo de selección de un nodo des ino en un display de 8 ilas y 16 columnas median e ba ido o u ilización del joys ick de la silla de uedas. Los ex os en cu si a se supone que no son seleccionables. 4. Conclusiones A lo la go de es e abajo se ha desc i o y analizado una in e az de usua io pa a sillas de uedas au ónomas. Se ha is o cómo es posible in eg a una in e az de usua io que maneje un g an conjun o de in o mación en una silla de uedas es ánda sin po ello ene que ealiza complicados o cos osos cambios en la a qui ec u a o iginal. Además, se ha is o cómo se puede c ea una in e az que no sólo cumpla con sus unciones de asis encia a la na egación, sino que sea ambién azonablemen e usable. A es e úl imo aspec o hay que añadi que se puede consegui que un sis ema de ayuda a pe sonas con se e as discapacidades mo ices sea ambién ehabili ado . Funciones de seguimien o de los p og esos de los usua ios y sis emas u o es y de ayuda al ap endizaje son ácilmen e adap ables al sis ema de na egación de una silla de uedas eléc ica sin muchas di icul ades en su ejecución. Sig. Mo imien o: Sig. Mo imien o: Sig. Mo imien o: Adelan e Adelan e ADELANTE Izquie da IZQUIERDA Izquie da DERECHA De echa De echa A ás A ás A ás ABORTAR ABORTAR ABORTAR Fig. 2. Ejemplo de ín e ac uación del usua io con el sis ema de na egación de la silla. En los dos p ime os pasos del ejemplo el usua io selecciona median e ba ido o el joys ick el siguien e mo imien o aconsejado po el sis ema de na egación. En el úl imo paso debido a un e o o de o ma in encionada el usua io escoge o o mo imien o al aconsejado. Re e encias [1] G. Bou his, P. Pino. Mobile Robo ics and Mobili y Assis ance o People wi h Mo o Impai men s: Ra ional Jus i ica ion o he Vahm P ojec . IEEE T ansac ions on Rehabili a ion Enginee ing. Vol. 4. N. 1. 1996. [2] J. Abascal, D. Cagigas, N. Ga ay, L. Ga deazabal. In e acing Use s wi h Se e e Mobili y Res ic ions wi h a Semi-Au oma ically Guided Wheelchai . ACM P ess. SIGCAPH. N.63. 1999. [3] Ken Pie , James A. Landay. Issues o P oxima e Use In e aces. Unpublished. 1993. [4] Ronald Toub. The impo ance o Usabili y S udies and Expe imen al Design E alua ions o Wea able Compu e s. Wo kshop on Wea able Compu e Sys ems, Sea le, Augus 19-21, 1996. [5] James A. Landay, Todd R. Kau mann. Use In e ace Issues in Mobile Compu ing. P oceedings o he Fou h Wo kshop on Wo ks a ion Ope a ing Sys ems, Napa, CA, Oc obe 1993. [6] Tom Rodden, Kei h Che es , Nigel Da ies. 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