用于骑乘式球型机器人的交互式免手控控制器以实现简单的共享控制任务
机器人学
2024-10-01 v1
摘要
我们的团队开发了一种骑乘式球型机器人（称为 PURE），它具有动态稳定、全向移动和倾斜转向控制的特点。此前该机器人集成了免手控导纳控制方案（HACS），允许具有不同躯干功能的骑乘者通过躯干倾斜和扭转来控制机器人的运动。这种接口需要运动协调能力，并且可能因熟练度不足而导致与障碍物碰撞。因此，限制 PURE 速度的共享控制器（SC）有助于确保骑乘者的安全。然而，PURE 的自平衡动力学可能导致其运动控制权限较弱，骑乘者的躯干运动极易导致对共享控制器所规定的指令速度的跟踪不良。因此，我们提出了一种交互式免手控导纳控制方案（iHACS），在 HACS 的基础上增加了两个模块以提升 PURE 的速度跟踪性能：控制增益个性化模块和交互补偿模块。我们进行了简单任务（保持静止和限速）的人类骑乘测试，以比较 HACS 和 iHACS 的性能。两名手动轮椅使用者和两名身体健全的个体参与了本研究。他们被要求使用“对抗性”的躯干运动，以考验 SC 保持球型机器人静止或低于设定速度的能力。在保持静止任务中，即使躯干倾斜角度很大，iHACS 也表现出了极小的平移运动和较低的指令速度跟踪 RMSE。在指令速度饱和为 0.5 m/s 的限速任务中，使用 iHACS 的系统平均最高速度为 1.1 m/s，而使用 HACS 时则超过 1.9 m/s。这些结果表明，iHACS 能够增强 PURE 对骑乘者的控制权限，使 PURE 能够向骑乘者提供物理交互，从而实现骑乘者与机器人的协同配合。
引用
@article{arxiv.2409.19170,
title = {An Interactive Hands-Free Controller for a Riding Ballbot to Enable Simple Shared Control Tasks},
author = {Chenzhang Xiao and Seung Yun Song and Yu Chen and Mahshid Mansouri and Joao Ramos and William R. Norris and Elizabeth T. Hsiao-Wecksler},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.19170},
year = {2024}
}