Nonlinear Subsystem-based Adaptive Impedance Control of Physical Human-Robot-Environment Interaction in Contact-rich Tasks

要約

ハプティック上肢外骨格は、仮想環境またはリモート環境をレンダリングする機能を備えながら、タスクの実行中に人間のオペレーターを支援するロボットです。
したがって、タスク実行中のパフォーマンスに加えて、物理的な人間-ロボット-環境相互作用におけるそのようなロボットの安定性を保証する必要があります。
触覚ディスプレイによって受動的にレンダリング可能なインピーダンスの領域を示す Z 幅の広い範囲を持つことも、幅広い仮想環境をレンダリングするために重要です。
これらの問題に対処するために、この研究では、サブシステムベースの適応インピーダンス制御が、7 自由度の触覚外骨格の安定した人間、ロボット、環境の相互作用を持つように設計されています。
提示された制御は、システム全体をサブシステムに分解し、サブシステム レベルでコントローラーを設計します。
仮想環境と人間の腕力との接触が存在する場合のコントローラーの安定性は、仮想安定性の概念を採用することによって証明されます。
さらに、7-DoF ハプティック外骨格の Z 幅は、実験データを使用して描画され、仮想環境のさまざまな仮想質量要素を使用して改善されます。
最後に、事前定義されたタスクを達成する際に提案されたコントローラーの完全なパフォーマンスを実証するために、実験結果が提供されます。

要約(オリジナル)

Haptic upper limb exoskeletons are robots that assist human operators during task execution while having the ability to render virtual or remote environments. Therefore, the stability of such robots in physical human-robot-environment interaction must be guaranteed, in addition to performing well during task execution. Having a wide range of Z-width, which shows the region of passively renderable impedance by a haptic display, is also important to render a wide range of virtual environments. To address these issues, in this study, subsystem-based adaptive impedance control is designed for having a stable human-robot-environment interaction of 7 degrees of freedom haptic exoskeleton. The presented control decomposes the entire system into subsystems and designs the controller at the subsystem level. The stability of the controller in the presence of contact with the virtual environment and human arm force is proved by employing the virtual stability concept. Additionally, the Z-width of the 7-DoF haptic exoskeleton is drawn using experimental data and improved using varying virtual mass element for the virtual environment. Finally, experimental results are provided to demonstrate the perfect performance of the proposed controller in accomplishing the predefined task.

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