Safe haptic teleoperations of admittance controlled robots with virtualization of the force feedback

要約

触覚遠隔操作は、ロボット システムを使用して人間の能力を拡張し、複雑なタスクを遠隔で実行する上で重要な役割を果たします。
ハプティクスの影響は広範囲に及び、オペレーターの感覚認識と運動精度を向上させることができます。
これに関連して、重要な課題は、自然で安定した安全な人間とロボットの触覚インタラクションを実現することです。
これらの相反する要件を達成することは、複雑な手順にとって特に重要です。
医療的なもの。
この課題に対処するために、この研究では、アドミッタンス制御ロボットによって生成される動作エラーに基づいて、仮想化されたフォース フィードバックを特徴とする新しい触覚双方向遠隔操作システム (HBTS) を開発します。
このアプローチにより、フォース レンダリング システムをインタラクションの制御から切り離すことができます。レンダリングされたフォースには目的のダイナミクスが割り当てられ、アドミタンス コントロール パラメーターはインタラクション パフォーマンスを最大化するように個別に調整されます。
さらに、安全なインタラクションを確保するために、ロボットが環境に及ぼす力を制限する必要性を認識し、触覚デバイスによって提供される動作基準の飽和戦略をアドミタンス制御に組み込みます。
他の 2 つのアーキテクチャと比較して、遠隔操作による黒板書き込み実験を通じて、提案された HBTS のさまざまな側面を検証します。
結果は、提案された HBTS が遠隔操作の自然さだけでなく、インタラクションの安全性と正確性も向上させることを示しています。

要約(オリジナル)

Haptic teleoperations play a key role in extending human capabilities to perform complex tasks remotely, employing a robotic system. The impact of haptics is far-reaching and can improve the sensory awareness and motor accuracy of the operator. In this context, a key challenge is attaining a natural, stable and safe haptic human-robot interaction. Achieving these conflicting requirements is particularly crucial for complex procedures, e.g. medical ones. To address this challenge, in this work we develop a novel haptic bilateral teleoperation system (HBTS), featuring a virtualized force feedback, based on the motion error generated by an admittance controlled robot. This approach allows decoupling the force rendering system from the control of the interaction: the rendered force is assigned with the desired dynamics, while the admittance control parameters are separately tuned to maximize interaction performance. Furthermore, recognizing the necessity to limit the forces exerted by the robot on the environment, to ensure a safe interaction, we embed a saturation strategy of the motion references provided by the haptic device to admittance control. We validate the different aspects of the proposed HBTS, through a teleoperated blackboard writing experiment, against two other architectures. The results indicate that the proposed HBTS improves the naturalness of teleoperation, as well as safety and accuracy of the interaction.

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