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

要約

触覚上肢外骨格は、仮想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、このようなロボットは、タスク実行中に優れたパフォーマンスを発揮するだけでなく、物理的な人間、ロボット、環境の相互作用における安定性も保証されなければなりません。
広範囲の仮想環境をレンダリングするには、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 幅の範囲が広いことも重要です。
これらの問題に対処するために、この研究では、7自由度の触覚外骨格の安定した人間-ロボット-環境相互作用を実現するために、サブシステムベースの適応インピーダンス制御が設計されています。
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。
仮想環境との接触や人間の腕の力が存在するとき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 触覚外骨格の 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良されています。
最後に、事前定義されたタスクを達成する際の提案されたコントローラーの完璧なパフォーマンスを実証するための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.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google