Shared Autonomy via Variable Impedance Control and Virtual Potential Fields for Encoding Human Demonstration

要約

この記事では、家具の共同製造など、人間とロボットの複雑なコラボレーション タスクのためのフレームワークを紹介します。
これらのタスクでは、人間によるデモンストレーションからタスクをエンコードし、準拠した安全な方法でこれらのスキルを再現することが不可欠です。
したがって、この作業では、モーション生成と共有自律性という 2 つの重要なコンポーネントに取り組んでいます。
我々は、レンチプロファイル、複雑な閉ループ軌道をエンコードでき、さらに障害物回避を組み込むことができる、時不変ポテンシャルフィールドに基づいたモーションジェネレーターを提案します。
さらに、この論文では、権限を動的に割り当てることで人間のオペレーターとロボットの間の相乗的なコラボレーションを可能にする共有自律性 (SA) についても取り上げています。
可変インピーダンス制御 (VIC) と力制御が採用されており、相互作用の力から得られる人間とロボットの自律性要因に基づいてインピーダンスとレンチが適応されます。
システムのパッシベーションは、エネルギータンクベースのタスクパッシベーション戦略によって確保されます。
このフレームワークの有効性は、フランカ エミカ リサーチ 3 ロボットを使用したシミュレーションと実験研究を通じて検証されています。

要約(オリジナル)

This article introduces a framework for complex human-robot collaboration tasks, such as the co-manufacturing of furniture. For these tasks, it is essential to encode tasks from human demonstration and reproduce these skills in a compliant and safe manner. Therefore, two key components are addressed in this work: motion generation and shared autonomy. We propose a motion generator based on a time-invariant potential field, capable of encoding wrench profiles, complex and closed-loop trajectories, and additionally incorporates obstacle avoidance. Additionally, the paper addresses shared autonomy (SA) which enables synergetic collaboration between human operators and robots by dynamically allocating authority. Variable impedance control (VIC) and force control are employed, where impedance and wrench are adapted based on the human-robot autonomy factor derived from interaction forces. System passivity is ensured by an energy-tank based task passivation strategy. The framework’s efficacy is validated through simulations and an experimental study employing a Franka Emika Research 3 robot.

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