Demonstrating a Control Framework for Physical Human-Robot Interaction Toward Industrial Applications

要約

人間 – ロボット相互作用（PHRI）は、人間中心のアプローチに焦点を当てた業界5.0を実装するために重要です。
ただし、産業グレードのパフォーマンスに対するPHRIの実際的な整合性を調査する研究はほとんどありません。
このペーパーでは、トルクベースの制御モード、コンプライアンス制御、ヌル空間コンプライアンス、デュアルコンプライアンス、すべて静的および動的シナリオを組み込むことにより、このギャップを埋めるために設計された汎用性のある制御フレームワークを紹介します。
2次二次プログラミング（QP）の定式化のおかげで、厳格な運動学と衝突の制約が安全機能としてシステムに統合され、加重階層は単一性 – ロビータスク追跡パフォーマンスを保証します。
このフレームワークは、ボタフォース/トルクセンサーを備えたKinova Gen3共同ロボット（コボット）に実装されています。
DualShock 4ゲームコントローラーがロボットのエンドエフェクターに接続されており、フレームワークの機能を実証します。
このセットアップにより、モード間のシームレスな動的スイッチング、および位置とトルクコントロールの間の遷移や、デフォルトのものよりも堅牢なカスタム開発の低レベルトルクコントローラーの選択など、パラメーターのリアルタイム調整が可能になります。
ロボット制御ソフトウェアMC_RTCは、研究と産業の展開の両方の再現性を確保するために、産業環境の堅牢なPHRI制御システムとしての可能性を示す産業環境のパフォーマンスと再現性を示しています。

要約(オリジナル)

Human-Robot Interaction (pHRI) is critical for implementing Industry 5.0 which focuses on human-centric approaches. However, few studies explore the practical alignment of pHRI to industrial grade performance. This paper introduces a versatile control framework designed to bridge this gap by incorporating the torque-based control modes: compliance control, null-space compliance, dual compliance, all in static and dynamic scenarios. Thanks to our second-order Quadratic Programming (QP) formulation, strict kinematic and collision constraints are integrated into the system as safety features, and a weighted hierarchy guarantees singularity-robust task tracking performance. The framework is implemented on a Kinova Gen3 collaborative robot (cobot) equipped with a Bota force/torque sensor. A DualShock 4 game controller is attached at the robot’s end-effector to demonstrate the framework’s capabilities. This setup enables seamless dynamic switching between the modes, and real-time adjustment of parameters, such as transitioning between position and torque control or selecting a more robust custom-developed low-level torque controller over the default one.Built on the open-source robotic control software mc_rtc, to ensure reproducibility for both research and industrial deployment, this framework demonstrates industrial-grade performance and repeatability, showcasing its potential as a robust pHRI control system for industrial environments.

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