On the Analysis of Stability, Sensitivity and Transparency in Variable Admittance Control for pHRI Enhanced by Virtual Fixtures

要約

物理的な人間とロボットの相互作用（PHRI）への関心は、フォース交換中のユーザーの安全を保証する共同ロボットの利用可能性により、過去20年間で大幅に増加しています。
このため、PHRIアプリケーションの新しい制御スキームを提案しながら、文献では安定性の懸念が広範囲に対処されています。
ロボットの非線形性のため、安定性分析は一般に受動性の概念を活用します。
一方、提案されたアルゴリズムは一般に、ロボットマニピュレーターの理想的なモデルを考慮します。
このため、このペーパーの主な目的は、透過弾力性、運動速度飽和、作動遅延などの寄生効果を考慮することにより、PHRI制御スキームのクラス、すなわちプロキシベースの制約付きアドミタンスコントローラーの不安定性の原因の詳細な分析を実施することです。
次に、制御パラメーターがシステム全体の安定性にどのように影響するかを特定するために、実験結果によってサポートされる感度分析が実行されます。
最後に、Phriの透明性を最大化することを目的として、プロキシパラメーターの適応手法が提案されています。
提案された適応方法は、シミュレーションと実験テストの両方を通じて検証されます。

要約(オリジナル)

The interest in Physical Human-Robot Interaction (pHRI) has significantly increased over the last two decades thanks to the availability of collaborative robots that guarantee user safety during force exchanges. For this reason, stability concerns have been addressed extensively in the literature while proposing new control schemes for pHRI applications. Because of the nonlinear nature of robots, stability analyses generally leverage passivity concepts. On the other hand, the proposed algorithms generally consider ideal models of robot manipulators. For this reason, the primary objective of this paper is to conduct a detailed analysis of the sources of instability for a class of pHRI control schemes, namely proxy-based constrained admittance controllers, by considering parasitic effects such as transmission elasticity, motor velocity saturation, and actuation delay. Next, a sensitivity analysis supported by experimental results is carried out, in order to identify how the control parameters affect the stability of the overall system. Finally, an adaptation technique for the proxy parameters is proposed with the goal of maximizing transparency in pHRI. The proposed adaptation method is validated through both simulations and experimental tests.

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