Geometric Formulation of Unified Force-Impedance Control on SE(3) for Robotic Manipulators

要約

この論文では、SE（3）マニホールドに関するインピーダンス制御フレームワークを提示します。これにより、受動性を保証しながら力の追跡が可能になります。
統一されたフォースインピーダンス制御（UFIC）と幾何学的インピーダンス制御に関する以前の研究（GIC）に基づいて、幾何学的統合力インピーダンス制御（GUFIC）を開発して、微分幾何学的視点を使用したコントローラー定式化のSE（3）マニホールド構造を説明します。
UFICの場合のように、GUFICは、外力に対するマニピュレーターの受動性を保証するために、力追跡とインピーダンス制御の両方にエネルギータンクの増強を利用します。
これにより、エンドエフェクターが不確実な環境との安全な接触相互作用を維持し、望ましい相互作用力を追跡することが保証されます。
さらに、速度と力場を導入することにより、UFIC製剤の非因果実装の問題を解決します。
SE（3）での定式化により、提案されたGUFICは、GICの望ましいSE（3）不変性と等寛容特性を継承します。これにより、学習アルゴリズムが制御法に組み込まれている機械学習アプリケーションのサンプル効率が向上します。
提案された管理法は、表面に力を発揮しながら、位置と方向の両方を組み込んだSE（3）軌道を追跡する必要があるシナリオの下でシミュレーション環境で検証されます。
コードはhttps://github.com/joohwan-seo/gufic_mujocoで入手できます。

要約(オリジナル)

In this paper, we present an impedance control framework on the SE(3) manifold, which enables force tracking while guaranteeing passivity. Building upon the unified force-impedance control (UFIC) and our previous work on geometric impedance control (GIC), we develop the geometric unified force impedance control (GUFIC) to account for the SE(3) manifold structure in the controller formulation using a differential geometric perspective. As in the case of the UFIC, the GUFIC utilizes energy tank augmentation for both force-tracking and impedance control to guarantee the manipulator’s passivity relative to external forces. This ensures that the end effector maintains safe contact interaction with uncertain environments and tracks a desired interaction force. Moreover, we resolve a non-causal implementation problem in the UFIC formulation by introducing velocity and force fields. Due to its formulation on SE(3), the proposed GUFIC inherits the desirable SE(3) invariance and equivariance properties of the GIC, which helps increase sample efficiency in machine learning applications where a learning algorithm is incorporated into the control law. The proposed control law is validated in a simulation environment under scenarios requiring tracking an SE(3) trajectory, incorporating both position and orientation, while exerting a force on a surface. The codes are available at https://github.com/Joohwan-Seo/GUFIC_mujoco.

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