利用物理人机交互提供独特的滚轮体验：基于骑球机器人
机器人学
2024-09-30 v1
摘要
本研究介绍了开发用于骑行球机器人（ballbot）的无手柄控制方案，旨让骑手（包括手动轮椅用户）通过躯干倾斜和扭转来控制其运动。该硬件平台「个人独特滚行体验」（PURE）采用球轮驱动的全向移动机器人，使用球作为轮子以实现全向机动性。为适应不同躯干运动功能的用户，无手柄控制方案应根据骑手的躯干功能和个人偏好进行调整。因此，集成了概念（a）阻抗控制和（b） admittance控制。采用双主体优化框架评估该骑手-球机器人系统在安全关键任务（从 1.4 m/s 制动）中的效率。候选控制方案进一步在实际机器人硬件上实现，并通过两个有经验的用户验证，证明无手柄admittance控制方案（HACS）的效率和鲁棒性。该接口利用物理人机交互（pHRI）作为输入，制动 effort 更低，制动距离和时间更短。随后，招募了 12 名初学者参与者（6 名健全者和 6 名手动轮椅用户），其躯干运动能力不同，以 HACS 为基准进行制动性能测试。PURE 的室内导航能力也通过这些参与者在模拟狭窄走廊、紧凑转弯以及穿越静止和动态障碍物的课程中得到验证。通过利用 pHRI，本文提出的admittance式控制方案通过躯干运动有效控制球机器人。该接口使 PURE 能为手动轮椅用户提供安全且灵活的室内导航的个人独特滚行体验。
引用
@article{arxiv.2409.18452,
title = {Exploiting Physical Human-Robot Interaction to Provide a Unique Rolling Experience with a Riding Ballbot},
author = {Chenzhang Xiao and Seung Yun Song and Yu Chen and Mahshid Mansouri and João Ramos and Adam W. Bleakney and William R. Norris and Elizabeth T. Hsiao-Wecksler},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.18452},
year = {2024}
}