Impact-Aware Control using Time-Invariant Reference Spreading

要約

ロボット操作の速度と効率を向上させることを目的として、意図的な同時衝撃を有利に利用することを目的とした制御アプローチが提示されます。
このアプローチは、部分的に重複する衝突前および衝突後の基準ベクトル フィールドが使用される、時不変基準拡散フレームワークの概念を利用します。
これらのベクトル場は、予想される衝突領域の近くの衝突モデルを介して結合され、衝突によって誘発される大きな速度誤差と制御の労力を最小限に抑えます。
非滑らかな物理エンジンを使用して、複雑なシナリオ向けにこの衝撃モデルを構築する方法を示します。これにより、接触剛性や減衰パラメーターを必要とせずに、起こり得る広範囲の衝撃状態への適用性が保証されます。
さらに、新しい中間衝撃制御モードは、正確な衝撃の同時性の必然的な欠如と、接触が部分的にしか確立されていない間に対応する信頼性の低い速度誤差に対する実行の堅牢性を提供します。
この暫定モードでは、衝突前の速度基準から得られる位置フィードバック信号を使用して接触の完了を促進し、衝突後モードにスムーズに移行します。
時間不変基準拡散制御の実験的検証は、600 回のロボットによるヒットアンドプッシュ実験と双腕掴み実験を通じて初めて提示されました。

要約(オリジナル)

With the goal of increasing the speed and efficiency in robotic manipulation, a control approach is presented that aims to utilize intentional simultaneous impacts to its advantage. This approach exploits the concept of the time-invariant reference spreading framework, in which partly-overlapping ante- and post-impact reference vector fields are used. These vector fields are coupled via an impact model in proximity of the expected impact area, minimizing the otherwise large impact-induced velocity errors and control efforts. We show how a nonsmooth physics engine can be used to construct this impact model for complex scenarios, which warrants applicability to a large range of possible impact states without requiring contact stiffness and damping parameters. In addition, a novel interim-impact control mode provides robustness in the execution against the inevitable lack of exact impact simultaneity and the corresponding unreliable velocity error during the time when contact is only partially established. This interim mode uses a position feedback signal that is derived from the ante-impact velocity reference to promote contact completion, and smoothly transitions into the post-impact mode. An experimental validation of time-invariant reference spreading control is presented for the first time through a set of 600 robotic hit-and-push and dual-arm grabbing experiments.

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