Orientation Control with Variable Stiffness Dynamical Systems

要約

最近、モーション生成と制御を 1 つのループで組み合わせて、ロボットに反応的な動作を装備するいくつかのアプローチが試みられていますが、これは従来の時間インデックス付き追跡コントローラーでは実現できません。
ただし、これらのアプローチは主に位置に焦点を当てており、多くのタスクにとって重要な方向の部分は無視されています。
ねじ込み。
この研究では、閉ループ方式でロボットの回転運動とインピーダンスを適応させる制御アルゴリズムを提案します。
配向運動計画と望ましい回転剛性プロファイルを表す一次動的システムが与えられた場合、私たちのアプローチにより、ロボットは次のように表される現在の配向を常に意識しながら、望ましい剛性によって指定された対話型動作で基準運動に従うことができます。
単位四元数 (UQ)。
位置とは異なり、UQ は考案されたコントローラーで尊重されるべき制約を特徴とするため、アルゴリズムを定式化するためにリー代数に依存します。
提案したアプローチを複数のロボット実験で検証し、複雑な方向プロファイルに従い、摂動に安全に反応し、物理的相互作用タスクを実行するコントローラーの能力を示します。

要約(オリジナル)

Recently, several approaches have attempted to combine motion generation and control in one loop to equip robots with reactive behaviors, that cannot be achieved with traditional time-indexed tracking controllers. These approaches however mainly focused on positions, neglecting the orientation part which can be crucial to many tasks e.g. screwing. In this work, we propose a control algorithm that adapts the robot’s rotational motion and impedance in a closed-loop manner. Given a first-order Dynamical System representing an orientation motion plan and a desired rotational stiffness profile, our approach enables the robot to follow the reference motion with an interactive behavior specified by the desired stiffness, while always being aware of the current orientation, represented as a Unit Quaternion (UQ). We rely on the Lie algebra to formulate our algorithm, since unlike positions, UQ feature constraints that should be respected in the devised controller. We validate our proposed approach in multiple robot experiments, showcasing the ability of our controller to follow complex orientation profiles, react safely to perturbations, and fulfill physical interaction tasks.

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