Bi-directional Momentum-based Haptic Feedback and Control System for Dexterous Telemanipulation

要約

触覚フィードバックは、オペレーターが高度なスキルと精度でロボットハンドを遠隔制御し、人間の手の自然な動きと感覚を模倣できるようにする器用な遠隔操作に不可欠です。
しかし、器用な遠隔操作のための現在の触覚手法はトルク フィードバックをサポートできず、オブジェクトの回転とローリングの不一致が生じます。
オペレーターはこれらのタスクで面倒な調整を行う必要があり、遅延、状況認識の低下、および最適ではないタスクのパフォーマンスにつながります。
この研究では、リアルタイムの器用な遠隔操作のための双方向運動量ベースの触覚フィードバックおよび制御 (Bi-Hap) システムを紹介します。
Bi-Hap は、マルチモーダル センサーを統合して、オブジェクトと人間のインタラクティブな情報を抽出し、それをロボットの学習ベースのコントローラーと共有します。
フィールド指向制御 (FOC) アルゴリズムは、統合されたブラシレス アクティブ モーメンタム ホイールが正確なトルクと振動フィードバックを生成できるように開発され、人間の意図とロボットの動作の間のギャップを埋めます。
オペレータの直感に合わせて、さまざまなエラー状態に合わせてさまざまなフィードバック戦略が設計されています。
バーチャル Shadow Dexterous Hand を使用した人間の被験者による広範な実験により、タスクのパフォーマンスとユーザーの信頼性を向上させる Bi-Hap の有効性が実証されました。
Bi-Hap は、短いコマンド追従遅延 (遅延 <0.025 秒) と高精度のトルク フィードバック (RMSE<0.010 Nm) によるリアルタイム フィードバック機能を実現しました。

要約(オリジナル)

Haptic feedback is essential for dexterous telemanipulation that enables operators to control robotic hands remotely with high skill and precision, mimicking a human hand’s natural movement and sensation. However, current haptic methods for dexterous telemanipulation cannot support torque feedback, resulting in object rotation and rolling mismatches. The operator must make tedious adjustments in these tasks, leading to delays, reduced situational awareness, and suboptimal task performance. This work presents a Bi-directional Momentum-based Haptic Feedback and Control (Bi-Hap) system for real-time dexterous telemanipulation. Bi-Hap integrates multi-modal sensors to extract human interactive information with the object and share it with the robot’s learning-based controller. A Field-Oriented Control (FOC) algorithm is developed to enable the integrated brushless active momentum wheel to generate precise torque and vibrative feedback, bridging the gap between human intent and robotic actions. Different feedback strategies are designed for varying error states to align with the operator’s intuition. Extensive experiments with human subjects using a virtual Shadow Dexterous Hand demonstrate the effectiveness of Bi-Hap in enhancing task performance and user confidence. Bi-Hap achieved real-time feedback capability with low command following latency (delay<0.025s) and highly accurate torque feedback (RMSE<0.010 Nm).

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