Safe and Stable Teleoperation of Quadrotor UAVs under Haptic Shared Autonomy

要約

我々は、Haptic Shared Autonomy (HSA) のフレームワーク内で触覚遠隔操作システムの安全性と安定性の両方に対処することを目的とした新しいアプローチを紹介します。
当社では、コントロール バリア機能 (CBF) を使用して、安全性を保証しながら、ユーザーの入力に可能な限り忠実に従う制御入力を生成します。
人間参加型システムの安定性の観点から、微分制約を介して制御とフォース フィードバックを制限することで達成される、小さな $L_2$ ゲインを介してユーザーが知覚するフォース フィードバックを制限します。
具体的には、HSA の特性を利用して、制御とフォース フィードバックを設計するための 2 つの経路、シーケンシャル コントロール フォース (SCF) とジョイント コントロール フォース (JCF) を提案します。
どちらの設計も安全性と安定性を実現できますが、ユーザーのコマンドに対する応答は異なります。
設計された手法の特性を評価および調査するために実験シミュレーションを実行しました。
また、提案された方法を物理的なクアローター UAV と触覚インターフェイスでテストしました。

要約(オリジナル)

We present a novel approach that aims to address both safety and stability of a haptic teleoperation system within a framework of Haptic Shared Autonomy (HSA). We use Control Barrier Functions (CBFs) to generate the control input that follows the user’s input as closely as possible while guaranteeing safety. In the context of stability of the human-in-the-loop system, we limit the force feedback perceived by the user via a small $L_2$-gain, which is achieved by limiting the control and the force feedback via a differential constraint. Specifically, with the property of HSA, we propose two pathways to design the control and the force feedback: Sequential Control Force (SCF) and Joint Control Force (JCF). Both designs can achieve safety and stability but with different responses to the user’s commands. We conducted experimental simulations to evaluate and investigate the properties of the designed methods. We also tested the proposed method on a physical quadrotor UAV and a haptic interface.

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