Robust Immersive Bilateral Teleoperation of Dissimilar Systems with Enhanced Transparency and Sense of Embodiment

要約

テレオ操作、特に頑丈なマニピュレーターを含む人間のループシステムでは、高いタスクパフォ​​ーマンスを達成するには、堅牢な制御と強力な人間の関与の両方が必要です。
この論文は、没入型仮想現実のインターフェイスと外骨格を介した分散触覚フィードバックを介して、オペレーターの具体化（SOE）、特に代理店と自己位置の感覚を強化する二国間テレオ操作のフレームワークを紹介します。
この実施形態をサポートし、高レベルの運動と力の透明性を耐えるために、入力の非線形性、マスター奴隷の非対称性、不明な不確実性、および任意の時間遅延に取り組む力センサーレスで堅牢な制御アーキテクチャを開発します。
ヒトロボット拡張動的モデルがコントロールループに統合され、コントローラーのヒト適応性が向上します。
理論分析により、閉ループシステムの半グローバル均一な究極の境界性が確認されます。
広範な実世界の実験は、最大1:13のモーションスケーリングと1：1000の力スケーリングの下で​​高精度追跡を実証し、結果の重要性を示しています。
さらに、モーショントラッキングと力反射追跡のための安定性透明性のトレードオフは、最大150ミリ秒の一元配置修正と時変コミュニケーション遅延を確立します。
10人の参加者（男性9人と女性1人）を使用したユーザー調査の結果は、システムがSOEの良いレベル（76.4％）を暗示できることを実証しました。同時に、性別の制限はなく、非常にユーザーフレンドリーです。
これらの結果は、頑丈なマニピュレーターのスケールと重量を考えると重要です。

要約(オリジナル)

In human-in-the-loop systems such as teleoperation, especially those involving heavy-duty manipulators, achieving high task performance requires both robust control and strong human engagement. This paper presents a bilateral teleoperation framework that enhances the operator’s Sense of Embodiment (SoE), specifically, the senses of agency and self-location, through an immersive virtual reality interface and distributed haptic feedback via an exoskeleton. To support this embodiment and stablish high level of motion and force transparency, we develop a force-sensorless, robust control architecture that tackles input nonlinearities, master-slave asymmetries, unknown uncertainties, and arbitrary time delays. A human-robot augmented dynamic model is integrated into the control loop to enhance human-adaptability of the controller. Theoretical analysis confirms semi-global uniform ultimate boundedness of the closed-loop system. Extensive real-world experiments demonstrate high accuracy tracking under up to 1:13 motion scaling and 1:1000 force scaling, showcasing the significance of the results. Additionally, the stability-transparency tradeoff for motion tracking and force reflection-tracking is establish up to 150 ms of one-way fix and time-varying communication delay. The results of user study with 10 participants (9 male and 1 female) demonstrated that the system can imply a good level of SoE (76.4%), at the same time is very user friendly with no gender limitation. These results are significant given the scale and weight of the heavy-duty manipulators.

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