超越人类尺寸系统的鲁棒沉浸式双边遥操作：增强透明度与具身感
机器人学
2025-05-27 v2
摘要
在遥操作等人在环系统（尤其是涉及重型机械臂的系统）中，实现高任务性能需要鲁棒的控制和强烈的人类参与。本文提出了一个用于超越人类尺寸机器人系统的双边遥操作框架，该框架通过沉浸式虚拟现实界面和分布式触觉反馈，增强了透明度和操作者的具身感，具体为能动感和自定位感。为了支持这种具身感并建立高水平的运动和力透明度，我们开发了一种无传感器、鲁棒的控制架构，以应对输入非线性、主-代理体不对称性、未知不确定性和任意时延。人机增强动态模型被集成到控制回路中，以增强控制器对人类的适应性。理论分析证实了闭环系统的半全局一致最终有界性，保证了对现实世界不确定性的鲁棒性。大量真实世界实验展示了在高达 1:13 的运动缩放和 1:1000 的力缩放下的高精度跟踪，突显了研究结果的重要性。此外，针对运动跟踪和力反射及跟踪，建立了高达 150 ms 单向固定和时变通信延迟下的稳定性-透明度权衡。10名参与者（9名男性和1名女性）的用户研究结果表明，该系统可以暗示良好的 SoE 水平 (76.4%)，同时非常用户友好且无性别限制。鉴于重型机械臂的尺寸和重量，这些结果具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2505.14486,
title = {Robust Immersive Bilateral Teleoperation of Beyond-Human-Scale Systems with Enhanced Transparency and Sense of Embodiment},
author = {Mahdi Hejrati and Pauli Mustalahti and Jouni Mattila},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.14486},
year = {2025}
}