Collaborative Bimanual Manipulation Using Optimal Motion Adaptation and Interaction Control

要約

この研究では、信頼性が高く安全な人間とロボットのコラボレーションのための共同両手操作を開発しました。これにより、遠隔地とローカルの人間のオペレーターが双方向タスクで対話的に作業できるようになります。
我々は、複数の人間のオペレータからの任意のコマンドを実行可能な制御基準に再ターゲットするための最適な動作適応を提案しました。
協調操作フレームワークには 3 つの主要なモジュールがあります。(1) アドミタンス制御を介して物体との準拠した物理的相互作用を実現する接触力変調。
(2) タスク空間の逐次平衡と逆運動学の最適化。タスクの制約とロボットの物理的制限を満たすことで、複数のオペレーターからの対話型コマンドを実行可能な動作に適応させます。
(3) フラクタル インピーダンス制御から採用されたインタラクション コントローラー。時間遅延に対してロバストで、所望の関節トルクを生成し双腕ロボットを制御するための複数の制御努力を重ね合わせるのに安定しています。
広範な実験により、共同両手操作フレームワークの機能が実証されました。これには、(1) 関節トルク制限に違反する任意の実行不可能なコマンドを、提案された最適化なしで失敗した場合と比較して、安全な境界内での連続操作に適応させる双腕遠隔操作が含まれます。
(2) モデルの不正確さがある場合でも、物理的相互作用を介してオブジェクトのスタックを堅牢に操作します。
(3) マルチオペレータによる部品の共同作業と遠隔操作による産業用コネクタの挿入。これにより、人間とロボットによる信頼性の高い共同操作の安定性が保証されます。

要約(オリジナル)

This work developed collaborative bimanual manipulation for reliable and safe human-robot collaboration, which allows remote and local human operators to work interactively for bimanual tasks. We proposed an optimal motion adaptation to retarget arbitrary commands from multiple human operators into feasible control references. The collaborative manipulation framework has three main modules: (1) contact force modulation for compliant physical interactions with objects via admittance control; (2) task-space sequential equilibrium and inverse kinematics optimization, which adapts interactive commands from multiple operators to feasible motions by satisfying the task constraints and physical limits of the robots; and (3) an interaction controller adopted from the fractal impedance control, which is robust to time delay and stable to superimpose multiple control efforts for generating desired joint torques and controlling the dual-arm robots. Extensive experiments demonstrated the capability of the collaborative bimanual framework, including (1) dual-arm teleoperation that adapts arbitrary infeasible commands that violate joint torque limits into continuous operations within safe boundaries, compared to failures without the proposed optimization; (2) robust maneuver of a stack of objects via physical interactions in presence of model inaccuracy; (3) collaborative multi-operator part assembly, and teleoperated industrial connector insertion, which validate the guaranteed stability of reliable human-robot co-manipulation.

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