Admittance Controller Complemented with Real-time Singularity Avoidance for Rehabilitation Parallel Robots

要約

リハビリテーション作業では、主にパラレル ロボットを使用して実現される、堅牢で正確な軌道追跡パフォーマンスが求められます。
この分野では、患者にかかる力の値を制限することが重要であり、特に四肢に損傷がある場合には重要です。
人間とロボットの相互作用の研究では、アドミタンス コントローラーは、エンドエフェクターをワークスペース内の任意の位置に移動させるユーザーの努力に応じてロボットの位置を変更します。
ただし、並列ロボットにはワークスペース内に特異点があるため、従来のアドミタンス コントローラーの実装は安全ではありません。
したがって、この研究では、リアルタイム特異点回避アルゴリズムを使用して特異構成の制限を克服するアドミタンス コントローラーを提案します。
特異点回避アルゴリズムは、パラレル ロボットの実際の位置に基づいて元の軌道を変更します。
補完されたアドミッタンス コントローラを膝リハビリテーション用の 4 自由度パラレル ロボットに適用します。
この場合、特異点付近では順運動学によって計算された位置が不正確になるため、実際の位置は 3D 追跡システムによって測定されます。
実験結果は、安全な膝リハビリテーション演習に対する提案されたアドミタンス コントローラーの有効性を検証します。

要約(オリジナル)

Rehabilitation tasks demand robust and accurate trajectory-tracking performance, mainly achieved with parallel robots. In this field, limiting the value of the force exerted on the patient is crucial, especially when an injured limb is involved. In human-robot interaction studies, the admittance controller modifies the location of the robot according to the user efforts driving the end-effector to an arbitrary location within the workspace. However, a parallel robot has singularities within the workspace, making implementing a conventional admittance controller unsafe. Thus, this study proposes an admittance controller that overcomes the limitations of singular configurations by using a real-time singularity avoidance algorithm. The singularity avoidance algorithm modifies the original trajectory based on the actual location of the parallel robot. The complemented admittance controller is applied to a 4 degrees of freedom parallel robot for knee rehabilitation. In this case, the actual location is measured by a 3D tracking system because the location calculated by the forward kinematics is inaccurate in the vicinity of a singularity. The experimental results verify the effectiveness of the proposed admittance controller for safe knee rehabilitation exercises

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