Enabling Shared-Control for A Riding Ballbot System

要約

この研究では、動的な安定性、全方向の動き、ハンズフリー インターフェイスが特徴の、PURE と呼ばれる自己バランス型乗馬ボールボットの衝突回避のための共有制御アプローチを紹介します。
センサー アレイと新しい受動的人工電位場 (PAPF) 手法と統合された PURE は、減速支援と触覚/音声フィードバックを備えた直感的なナビゲーションを提供し、衝突のリスクを効果的に軽減します。
このアプローチは、困難なシナリオにおける制御発振や不必要な速度低下など、従来の APF 手法の制限に対処します。
提案された共有制御アルゴリズムによる屋内ナビゲーションと障害物回避のパフォーマンスを評価するために、20 人の手動車椅子ユーザーと健常者を対象とした人間とロボットのインタラクション実験が実施されました。
結果は、共有制御が移動速度に影響を与えることなく衝突と認知負荷を大幅に軽減し、直感的で安全な操作を提供することを示しました。
これらの発見は、支援モビリティ研究において比較的未開発の領域である自己平衡型モビリティデバイスの衝突回避を強化するための共有制御システムの適合性を浮き彫りにしている。

要約(オリジナル)

This study introduces a shared-control approach for collision avoidance in a self-balancing riding ballbot, called PURE, marked by its dynamic stability, omnidirectional movement, and hands-free interface. Integrated with a sensor array and a novel Passive Artificial Potential Field (PAPF) method, PURE provides intuitive navigation with deceleration assistance and haptic/audio feedback, effectively mitigating collision risks. This approach addresses the limitations of traditional APF methods, such as control oscillations and unnecessary speed reduction in challenging scenarios. A human-robot interaction experiment, with 20 manual wheelchair users and able-bodied individuals, was conducted to evaluate the performance of indoor navigation and obstacle avoidance with the proposed shared-control algorithm. Results indicated that shared-control significantly reduced collisions and cognitive load without affecting travel speed, offering intuitive and safe operation. These findings highlight the shared-control system’s suitability for enhancing collision avoidance in self-balancing mobility devices, a relatively unexplored area in assistive mobility research.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google