敏感で安全な相互作用のために周波数分析を使用した人間とロボットのコラボレーションオブザーバーに基づく可変アドミタンス制御

共同ロボットは、ハンドガイドなどのタスク中に安全な相互作用を維持しながら、ユーザーの意図に敏感でなければなりません。離散フーリエ変換に基づいたオブザーバーは、オペレーターによって誘発された低周波運動と、システムの不安定性と障害に起因する高周波動作を区別するために研究されています。ただし、離散フーリエ変換には、過度に長いサンプリング時間が必要です。意図認識速度を高めるために、無限のインパルス応答フィルターに基づいて、人間のロボットコラボレーションオブザーバーを提案します。このオブザーバーを使用することにより、安全なコラボレーションを確保するために可変入場コントローラーも提案します。ヒトロボットコラボレーションオブザーバーの認識速度は0.29秒で、離散フーリエ変換に基づく周波数分析の3.5倍高速です。可変アドミタンスコントローラーのパフォーマンスとその改善された認識速度は、2度のフリードームマニピュレーターで実験的に検証されています。提案されている人間ロボットコラボレーションオブザーバーの認識速度が改善されたことにより、安全でないコラボレーションから安全なコラボレーションからタイムリーに回復できることを確認します。

A collaborative robot should be sensitive to the user intention while maintaining safe interaction during tasks such as hand guiding. Observers based on the discrete Fourier transform have been studied to distinguish between the low-frequency motion elicited by the operator and high-frequency behavior resulting from system instability and disturbances. However, the discrete Fourier transform requires an excessively long sampling time. We propose a human-robot collaboration observer based on an infinite impulse response filter to increase the intention recognition speed. By using this observer, we also propose a variable admittance controller to ensure safe collaboration. The recognition speed of the human-robot collaboration observer is 0.29 s, being 3.5 times faster than frequency analysis based on the discrete Fourier transform. The performance of the variable admittance controller and its improved recognition speed are experimentally verified on a two-degrees-of-freedom manipulator. We confirm that the improved recognition speed of the proposed human-robot collaboration observer allows us to timely recover from unsafe to safe collaboration.