A Human Motion Compensation Framework for a Supernumerary Robotic Arm

要約

過剰なロボット アーム (SRA) は、人間のユーザーの能力を補完および強化するための 3 番目のアームとして使用できます。
SRA を携行するユーザーは、接続された運動力学的チェーンを形成します。これは、浮遊ベースのロボット システムの特別なクラスとみなすことができます。
ただし、一般的な浮体ロボットシステムとは異なり、SRA のベースとなるのは人間であり、人間の主観的な行動・動作を持ちます。
これは、人体の動きが SRA のエンドエフェクターの動きに意図せず影響を与える可能性があることを意味します。
この課題に対処するために、SRA のエンドエフェクターの軌道を妨げる人間の全身の動きを補償するフレームワークを提案します。
この研究の SRA システムは、6 自由度の軽量アームとウェアラブル インターフェイスで構成されています。
ウェアラブルインターフェイスにより、ユーザーはさまざまな体型に合わせて SRA の取り付け位置を調整できます。
慣性測定ユニット (IMU) ベースの感覚インターフェイスは、人間のユーザーの身体骨格の動きのフィードバックをリアルタイムで提供できます。
フローティングベースの運動学モデルを単純化することで、SRA のヤコビ行列を再構成することで効果的なモーション プランナーを設計します。
提案されたフレームワークの下では、再構成されたヤコビアン法のパフォーマンスは、2 セットの実験を通じて古典的なゼロ空間ベースの方法で得られた結果を比較することによって評価されます。

要約(オリジナル)

Supernumerary robotic arms (SRAs) can be used as the third arm to complement and augment the abilities of human users. The user carrying a SRA forms a connected kinodynamic chain, which can be viewed as a special class of floating-base robot systems. However, unlike general floating-base robot systems, human users are the bases of SRAs and they have their subjective behaviors/motions. This implies that human body motions can unintentionally affect the SRA’s end-effector movements. To address this challenge, we propose a framework to compensate for the human whole-body motions that interfere with the SRA’s end-effector trajectories. The SRA system in this study consists of a 6-degree-of-freedom lightweight arm and a wearable interface. The wearable interface allows users to adjust the installation position of the SRA to fit different body shapes. An inertial measurement unit (IMU)-based sensory interface can provide the body skeleton motion feedback of the human user in real time. By simplifying the floating-base kinematics model, we design an effective motion planner by reconstructing the Jacobian matrix of the SRA. Under the proposed framework, the performance of the reconstructed Jacobian method is assessed by comparing the results obtained with the classical nullspace-based method through two sets of experiments.

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