Modeling and analysis of pHRI with Differential Game Theory

要約

現在、人間とロボットが協働するアプリケーションが広がっています。
同時に、物理的な人間とロボットの相互作用 (pHRI) を可能にするモデリングおよび制御技術も広く研究されています。
pHRI におけるその潜在的な応用をより深く理解するために、この研究では、協調到達タスク、特に参照追跡における pHRI の協調差分ゲーム理論モデリングを調査します。
協調ゲーム理論に基づいて提案されたコントローラーは詳細に分析され、他の 2 つの手法である線形二次レギュレーター (LQR) および非協調ゲーム理論コントローラーとシミュレーションで比較されます。
一連のシミュレーションは、制御パラメーターの異なる調整が、システムの応答と 3 つのコントローラーに対する両方のプレーヤーの制御努力にどのような影響を与えるかを示しており、ロボットが人間を支援する必要がある場合には協調型 GT の使用を示唆し、ロボットがアクションを主導する必要がある場合には非協調型 GT の使用がより良い選択であることを示しています。
最後に、提案された方法の実際の適用性と制限に関する有用な情報を抽出するために、訓練を受けた人間による予備テストが実行されます。

要約(オリジナル)

Applications involving humans and robots working together are spreading nowadays. Alongside, modeling and control techniques that allow physical Human-Robot Interaction (pHRI) are widely investigated. To better understand its potential application in pHRI, this work investigates the Cooperative Differential Game Theory modeling of pHRI in a cooperative reaching task, specifically for reference tracking. The proposed controller based on Collaborative Game Theory is deeply analyzed and compared in simulations with two other techniques, Linear Quadratic Regulator (LQR) and Non-Cooperative Game-Theoretic Controller. The set of simulations shows how different tuning of control parameters affects the system response and control efforts of both the players for the three controllers, suggesting the use of Cooperative GT in the case the robot should assist the human, while Non-Cooperative GT represents a better choice in the case the robot should lead the action. Finally, preliminary tests with a trained human are performed to extract useful information on the real applicability and limitations of the proposed method.

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