DE102020121561B3 - Control method for a bilateral teleoperation system, controller, teleoperation system and use of the controller and / or the teleoperation system - Google Patents
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Abstract
Steuerungsverfahren für ein zeitverzögertes bilaterales Teleoperationssystem, das Verfahren umfassend die Schritte:- Definition einer virtuellen zeitverzögerten Slave-Referenzposition auf der Masterseite, welche über eine masterseitige virtuelle Federeinrichtung mit einer virtuellen Federsteifigkeit mit der Masterposition zur Kraft- und Positionsrückkopplung verbunden ist,- Definition einer virtuellen zeitverzögerten Master-Referenzposition auf der Slaveseite, welche über eine slaveseitige virtuelle Federeinrichtung mit einer virtuellen Federsteifigkeit mit der Slaveposition verbunden ist,- Vorgeben der einzunehmenden Position über die Eingabeeinrichtung auf der Masterseite, Übertragen der einzunehmenden Position über den Vorwärtskommunikationskanal auf die Slaveseite und Vorgeben der übertragenen Position als Master-Referenzposition auf der Slaveseite,- Übertragen der mit der Robotereinrichtung erreichten Slaveposition an die Masterseite über den Rückkommunikationskanal und selektives Vorgeben der Slaveposition über eine Steuerung als Position der Slave-Referenz auf der Masterseite,- wobei die Steuerung die erreichte Slaveposition selektiv nur so lange als Position für die Slave-Referenz auf der Masterseite weitergibt, wie sichergestellt werden kann, dass das bilaterale Teleoperationssystem asymptotisch stabil ist.Control method for a time-delayed bilateral teleoperation system, the method comprising the steps: - definition of a virtual time-delayed slave reference position on the master side, which is connected via a master-side virtual spring device with a virtual spring stiffness to the master position for force and position feedback, - definition of a virtual time-delayed master reference position on the slave side, which is connected to the slave position via a virtual spring device on the slave side with a virtual spring stiffness, - specification of the position to be assumed via the input device on the master side, transmission of the position to be assumed over the forward communication channel to the slave side and specification of the transmitted position Position as master reference position on the slave side, - Transfer of the slave position reached with the robot device to the master side via the return communication channel and selective Specifying the slave position via a controller as the position of the slave reference on the master side, - whereby the controller selectively only passes on the slave position reached as the position for the slave reference on the master side as long as it can be ensured that the bilateral teleoperation system is asymptotically stable is.
Description
Das Verfahren der Teleoperation ist ein entscheidendes Werkzeug für das Durchführen von Robotikaufgaben in entfernten Szenarien. Bei der Teleoperation wird auf einer Primärseite bzw. auch Masterseite eine einzunehmende räumliche Position für eine sich entfernt auf einer Sekundär- bzw. Slaveseite befindliche Robotereinrichtung vorgegeben. Beispielsweise kann es sich bei der Robotereinrichtung um eine Handhabungseinrichtung in Form eines elektrisch und/oder pneumatisch angetriebenen Greifarms handeln, welche eine Raumposition bzw. eine Stellungsposition einnehmen soll. Die einzunehmende Position wird dabei über die Primärseite bzw. die Masterseite vorgegeben. Die Master- und Slaveseite sind dabei zueinander lokal beabstandet und lediglich über einen Hin- und Rückkommunikationskanal zur Datenkommunikation miteinander verbunden. Die Master- und Slaveseite bilden insoweit einen Regelkreis, dass die einzunehmende Position von der Masterseite an die Slaveseite über den Vorwärtskommunikationskanal übertragen wird und der Robotereinrichtung die übertragene Masterposition als einzunehmende Position über entsprechende Motorsteuerungen vorgegeben wird. Die durch die Robotereinrichtung erreichte Position wird mittels entsprechender Sensoreinrichtungen ermittelt bzw. abgetastet und über den Rückkommunikationskanal wieder an die Masterseite zurückgemeldet und als Wert für die weitere Steuerung der Robotereinrichtung berücksichtigt.The procedure of teleoperation is a crucial tool for performing robotic tasks in remote scenarios. In teleoperation, a spatial position to be assumed for a remote robot device located on a secondary or slave side is specified on a primary side or also a master side. For example, the robot device can be a handling device in the form of an electrically and / or pneumatically driven gripper arm, which is intended to assume a spatial position or a positional position. The position to be taken is specified via the primary page or the master page. The master and slave sides are locally spaced from one another and are only connected to one another via an outward and return communication channel for data communication. The master and slave side form a control loop to the extent that the position to be assumed is transmitted from the master side to the slave side via the forward communication channel and the transferred master position is specified as the position to be assumed by appropriate motor controls for the robot device. The position reached by the robot device is determined or scanned by means of appropriate sensor devices and reported back to the master side via the feedback channel and taken into account as a value for the further control of the robot device.
Durch das Hinzufügen eines menschlichen Bedieners zu dem zuvor beschriebenen Regelkreis anstelle eines vollständig autonomen Teleoperationssystems können viele der Aufgabenanforderungen, insbesondere in den Bereichen der Wahrnehmung und Kognition, umgangen werden. Der menschliche Bediener kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Eingabevorrichtung auf der Primär- bzw. Masterseite eine durch die Robotereinrichtung auf der Sekündär- bzw. Slaveseite einzunehmende Position auswählen und vorgeben. Hierbei wird die Stabilität des verwendeten Teleoperationssystems und insbesondere des verwendeten Steuerungsverfahrens sehr relevant, da Zustands- und Steuerungsvariablen zwischen entfernten Orten und Einsatzorten (Entfernung zwischen der Master- und Slaveseite) ausgetauscht werden müssen. Hierbei sind in dem Regelungssystem zwingend Zeitverzögerungen und Paketverluste im Regelkreis zu berücksichtigen, welche durch die gewählten Kommunikationskanäle auftreten. Hierzu müssen zusätzliche Techniken angewandt werden, um zu verhindern, dass die Zeitverzögerungen oder Paketverluste das System destabilisieren.By adding a human operator to the previously described control loop instead of a fully autonomous teleoperation system, many of the task requirements, particularly in the areas of perception and cognition, can be bypassed. The human operator can, for example, use a corresponding input device on the primary or master side to select and specify a position to be assumed by the robot device on the secondary or slave side. The stability of the teleoperation system used and in particular of the control method used are very relevant here, since status and control variables must be exchanged between remote locations and locations (distance between the master and slave side). Time delays and packet losses in the control loop that occur due to the selected communication channels must be taken into account in the control system. To do this, additional techniques must be used to prevent the time delays or packet losses from destabilizing the system.
In den letzten Jahrzehnten wurden in zahlreichen Arbeiten neue Ansätze zur Lösung des obengenannten Problems vorgeschlagen. Daneben zeichnen sich auf Passivität basierende Verfahren wie Wellenvariablen [
Die wichtigste Voraussetzung für eine bilaterale Teleoperation ist die Stabilität des Systems bzw. des Steuerungsverfahrens, die bei den meisten Steuerungsansätzen auf Kosten der reduzierten Leistung erreicht wird, z. B. durch einen verbleibenden und gewünschten Positionsabstand zwischen Master- und Slave-Roboter. Hinsichtlich der zeitverzögerten Positionssynchronisierung wurde eine Reihe von Ansätzen vorgeschlagen. In [
Darüber hinaus wurde in [
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Die vorbeschriebenen Ansätze und Verfahren des Stands der Technik weisen einen oder mehrere der folgenden Nachteile auf:
- (i) Die Ansätze und Verfahren können lediglich Systeme mit geringer Zeitverzögerung und/oder bekannter konstanter Zeitverzögerung stabilisieren.
- (ii) Die ausreichenden Stabilitätsbedingungen der Teleoperationssysteme müssen im Frequenzbereich dargestellt werden, was Systemparameter erfordert, die in vielen praktischen Implementierungen möglicherweise nicht verfügbar sind.
- (iii) Die Verfahren führen zur einer Positionsdrift zwischen der vom Master befohlenen und der durch die Robotereinrichtung eingenommenen Slaveposition.
- (iv) Es kommt zu einer Diskrepanz zwischen der Impedanz der lokalen (Masterseite) und der entfernten Umgebung (Slaveseite).
- (i) The approaches and methods can only stabilize systems with a small time delay and / or known constant time delay.
- (ii) The sufficient stability conditions of the teleoperation systems must be represented in the frequency domain, which requires system parameters that may not be available in many practical implementations.
- (iii) The methods lead to a position drift between the slave position commanded by the master and the slave position assumed by the robot device.
- (iv) There is a discrepancy between the impedance of the local (master side) and the remote environment (slave side).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme und Verfahren dahingehend zu verbessern die Steuerung der zeitverzögerten Teleoperationssysteme dahingehend zu verbessern, dass es keine Energieverluste oder -einträge aufgrund der Zeitverzögerung auftreten um ein stabiles System bzw. Verfahren vorzugeben.The present invention is based on the object of improving the systems and methods known from the prior art to the effect of controlling the time-delayed To improve teleoperation systems in such a way that there are no energy losses or inputs due to the time delay in order to specify a stable system or method.
Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Verfahrens gemäß Anspruch 1, des Controllers für ein bilaterales Teleoperationssystem gemäß Anspruch 5, des bilateralen Teleoperationssystems gemäß Anspruch 6 und die Verwendung gemäß Anspruch 7.According to the invention, the object is achieved by the features of the method according to
Das zeitverzögerte bilaterale Teleoperationssystem umfasst eine Masterseite mit einer haptischen Eingabeeinrichtung zur Vorgabe einer einzunehmenden Position xm und eine Slaveseite mit einer Robotereinrichtung zur Einnahme der auf der Masterseite vorgegeben Position xm, wobei die Masterseite mit der Slaveseite für den Datenaustausch über einen zeitverzögerten Hin- und Rückkommunikationskanal verbunden sind.The time-delayed bilateral teleoperation system comprises a master side with a haptic input device for specifying a position to be taken x m and a slave side with a robot device for taking the position x m specified on the master side, the master side with the slave side for data exchange via a time-delayed back and forth Return communication channel are connected.
Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren für das zeitverzögerte bilaterale Teleoperationssystem umfasst die Schritte:
- - Definition einer virtuellen zeitverzögerten Slave-Referenzposition x̃s auf der Masterseite, welche über eine masterseitige virtuelle Federeinrichtung mit einer virtuellen Federsteifigkeit km mit der Masterposition xm zur Kraft- und Positionsrückkopplung verbunden ist,
- - Definition einer virtuellen zeitverzögerten Master-Referenzposition xmd auf der Slaveseite, welche über eine slaveseitige virtuelle Federeinrichtung mit einer virtuellen Federsteifigkeit ks mit der Slaveposition xs verbunden ist,
- - Vorgeben der einzunehmenden Position xm über die Eingabeeinrichtung auf der Masterseite, Übertragen der einzunehmenden Position xm über den Vorwärtskommunikationskanal auf die Slaveseite und Vorgeben der übertragenen Position xm als Master-Referenzposition xmd auf der Slaveseite,
- - Übertragen der mit der Robotereinrichtung erreichten Slaveposition xs an die Masterseite über den Rückkommunikationskanal und selektives Vorgeben der Slaveposition xs über eine Steuerung als Slave Referenzposition x̃s auf der Masterseite,
- - wobei die Steuerung die erreichte Slaveposition xs selektiv nur so lange als Slave-Referenzposition x̃s auf der Masterseite weitergibt, wie sichergestellt werden kann, dass das bilaterale Teleoperationssystem asymptotisch stabil ist.
- - Definition of a virtual time-delayed slave reference position x̃ s on the master side, which is connected via a master-side virtual spring device with a virtual spring stiffness k m to the master position x m for force and position feedback,
- - Definition of a virtual time-delayed master reference position x md on the slave side, which is connected to the slave position x s via a slave-side virtual spring device with a virtual spring stiffness k s ,
- - Specifying the position x m to be assumed via the input device on the master side, transferring the position x m to be assumed via the forward communication channel to the slave side and specifying the transferred position x m as the master reference position x md on the slave side,
- - Transfer of the slave position x s reached with the robot device to the master side via the return communication channel and selective specification of the slave position x s via a controller as slave reference position x̃ s on the master side,
- - whereby the controller selectively passes on the reached slave position x s as slave reference position x̃ s on the master side only as long as it can be ensured that the bilateral teleoperation system is asymptotically stable.
In dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren können die Parameter bzw. Variablen für beispielsweise die Positionen (x) und für die Federsteifigkeiten (k) eindimensional, aber auch mehrdimensional, sein. Die Dimensionalität beispielsweise der Masterposition kann bevorzugt durch die Gelenkfreiheitsgrade der Eingabeeinrichtung und die der Slaveposition durch die Freiheitsgrade der Robotereinrichtung auf der Slaveseite bestimmt sein. Erfindungsgemäß kann es auch vorgesehen sein, dass sich die Dimension der Freiheitsgrade und damit die der Variablen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der Master- und Slaveseite voneinander unterscheidet, wobei bevorzugt in dem erfindungsgemäßen Verfahren über ein Mapping lediglich ausgewählte Variablen der auf der Masterseite zur Verfügung stehenden Variablen mit ausgewählten Variablen der Slaveseite verbunden werden. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, master- und/oder slaveseitig zur Reduktion der Freiheitsgrade mehrere Werte zu mitteln und den Mittelwert mit Variablen der gegenüberliegenden Steuerungsseite zu koppeln.In the method according to the invention described above, the parameters or variables for, for example, the positions (x) and for the spring stiffnesses (k) can be one-dimensional, but also multidimensional. The dimensionality of the master position, for example, can preferably be determined by the joint degrees of freedom of the input device and that of the slave position by the degrees of freedom of the robot device on the slave side. According to the invention, it can also be provided that the dimensions of the degrees of freedom and thus those of the variables of the method according to the invention differ from one another on the master and slave side, whereby preferably only selected variables of the variables available on the master side are mapped in the method according to the invention connected to selected variables on the slave side. In particular, provision can also be made to average several values on the master and / or slave side in order to reduce the degrees of freedom and to couple the average value with variables on the opposite control side.
Alternativ kann auch vorgesehen werden, die Zuordnung der Variablen umzuschalten. Beispielsweise kann auf der Masterseite eine Eingabeeinrichtung mit einem Freiheitsgrad mit einer Robotereinrichtung mit mehreren Freiheitsgraden über das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren verbunden werden, wobei über den menschlichen Bediener festlegbar ist, für welche der mehreren Freiheitsgrade der Robotereinrichtung über die Eingabeeinrichtung die einzunehmende Position vorgegeben werden soll. So kann auch durch Umschalten über eine Eingabeeinrichtung mit einem Freiheitsgrad die einzunehmende Position nacheinander für alle Freiheitsgrade der Robotereinrichtung mit mehreren Freiheitsgraden vorgegeben werden.Alternatively, provision can also be made to switch the assignment of the variables. For example, on the master side, an input device with one degree of freedom can be connected to a robot device with several degrees of freedom via the control method according to the invention, whereby the human operator can determine for which of the several degrees of freedom of the robot device the position to be assumed is to be specified via the input device. Thus, by switching over an input device with one degree of freedom, the position to be assumed can be specified one after the other for all degrees of freedom of the robot device with several degrees of freedom.
Die erfindungsgemäße Robotereinrichtung, wie beispielsweise eine Handhabungseinrichtung, wird aus einer Aneinanderreihung bzw. beliebige Kombination von Gelenken und Segmenten aufgebaut, der resultierende Körper erstreckt sich von einem ersten Befestigungsende zu einem gegenüberliegendem Effektorende. Die Robotereinrichtung kann über das erste Befestigungsende mit einer ortsfesten oder alternativ mit einer mobilen Struktur, insbesondere mit einer mobilen Plattform, verbunden bzw. an dieser befestigt werden. An dem Effektorende kann ein sogenannter Endeffektor, wie beispielsweise eine Greifeinrichtung, angeordnet werden.The robot device according to the invention, such as a handling device, is constructed from a series or any combination of joints and segments, the resulting body extends from a first fastening end to an opposite end effector. The robot device can be connected or fastened to a stationary or alternatively to a mobile structure, in particular to a mobile platform, via the first fastening end. A so-called end effector, such as a gripping device, can be arranged at the end effector.
Die Robotereinrichtung kann sowohl aktiv angetriebene als auch nicht angetriebene passive Gelenke umfassen.The robotic device can comprise both actively driven and non-driven passive joints.
Unter dem Begriff der Eingabeeinrichtung wird eine Einrichtung verstanden, welche wiederum aus Segmenten und Gelenken gebildet ist, wie insbesondere eine haptische Eingabeeinrichtung, wie beispielsweise ein Joystick, wobei bevorzugt ein menschlicher Bediener durch Aufbringung von Kräften die Ausrichtung bzw. Konfiguration der Eingabeeinrichtung über Veränderung der Gelenkstellungen beeinflussen kann. Die Veränderungen der Gelenkstellungen können dabei insbesondere über Sensoreinrichtungen gemessen und an entsprechende Auswertungseinrichtungen zur Ermittlung der vorgegebenen einzunehmenden Position xm weitergegeben werden. Über entsprechende Stelleinrichtungen in den Gelenken der Eingabeeinrichtung kann wiederum eine Kraftrückkopplung an den menschlichen Bediener durch die virtuelle zeitverzögerte Slave-Referenzposition x̃s auf der Masterseite ausgegeben werden. Dabei ist die virtuelle zeitverzögerte Slave-Referenz Position x̃s auf der Masterseite über eine masterseitige virtuelle Federeinrichtung mit einer virtuellen Federsteifigkeit km mit der Masterposition xm zur Kraftrückkopplung gekoppelt. Über die Federsteifigkeit km lässt sich dabei die Stärke der Kraftrückkopplung einstellen. Die Federsteifigkeit sollte dabei zumindest so groß gewählt werden, die Steifigkeit der Eingabeeinrichtung sowie zumindest die auftretenden Reibungskräfte zu überwinden.The term input device is understood to mean a device which is in turn formed from segments and joints, such as in particular a haptic input device such as a joystick, whereby a human operator preferably adjusts the alignment or configuration of the input device by applying forces by changing the joint positions can affect. The changes in the joint positions can be measured, in particular, by means of sensor devices and passed on to corresponding evaluation devices for determining the predetermined position x m to be assumed. A force feedback to the human operator through the virtual time-delayed slave reference position x̃ s on the master side can in turn be output via corresponding actuating devices in the joints of the input device. The virtual time-delayed slave reference position x̃ s on the master side is coupled to the master position x m for force feedback via a master-side virtual spring device with a virtual spring stiffness k m. The strength of the force feedback can be adjusted via the spring stiffness k m. The spring stiffness should be selected to be at least large enough to overcome the stiffness of the input device and at least the frictional forces that occur.
Um keine Energie aufgrund der Zeitverzögerung zwischen der Master- und Slaveseite einzuspeisen, wird erfindungsgemäß vorgesehen, die Masterposition und die verzögerte Slave-Referenzposition auf der Masterseite zu entkoppeln, in dem Sinne, dass die Masterposition nicht direkt der verzögerten Slave-Referenzposition folgt, die Slaveposition jedoch der verzögerten Referenzposition des Masters folgt. Die
Auf der Masterseite wird erfindungsgemäß eine neue lokale Slave-Referenzposition eingeführt, welche die neue Referenz der Slaveposition für den Master bildet. Die Position der neu eingeführten Slave-Referenz wird durch die verzögerte Slaveposition beeinflusst. Folglich hat die Slaveposition über die neu eingeführte virtuelle Slave-Referenzposition einen indirekten Einfluss auf die Masterposition, während die Masterposition einen direkten Einfluss auf die Slaveposition hat. Eine erfindungsgemäße Steuerung, die auf der Masterseite implementiert ist, ist so ausgelegt, dass die verzögerte Slave-Referenz auf der Masterseite nur so lange der Slaveposition folgt, wie sichergestellt ist, dass das System asymptotisch stabil ist und daher mit der Zeit konvergiert. Unter der Annahme, dass der Slave eine stabile Trajektorie nach der Steuerung aufweist, wird der Slave aufgrund der Stabilität des offenen Regelkreises auch in Bezug auf die Referenzposition des Masters konvergieren.According to the invention, a new local slave reference position is introduced on the master side, which forms the new reference of the slave position for the master. The position of the newly introduced slave reference is influenced by the delayed slave position. As a result, the slave position has an indirect influence on the master position via the newly introduced virtual slave reference position, while the master position has a direct influence on the slave position. A control according to the invention that is implemented on the master side is designed so that the delayed slave reference on the master side only follows the slave position as long as it is ensured that the system is asymptotically stable and therefore converges over time. Assuming that the slave has a stable trajectory after the control, the slave will also converge with respect to the reference position of the master due to the stability of the open control loop.
Bei dem erfindungsgemäßen bilateralen Teleoperationssystem gemäß
Die Steuerung der Slave-Referenzposition wird in Abhängigkeit der nachfolgenden Beziehungen (
Fall(i):Case (i):
Das Verfahren erkennt, ob der menschliche Bediener Energie in das Master-Slave-Referenz-Subsystem einleitet, indem er die Koppelfeder km durch Bewegen der Master-Vorrichtung, |ẽm(k)| > |ẽm(k - 1)| (
Fall(ii):Case (ii):
Das Verfahren erkennt, ob es einen Abstand zwischen der verzögerten Slaveposition und der Slave-Referenzposition, |ẽm(k)| < |em(k)|, gibt oder nicht, während der Master seine vorherige Position hält oder sich auf die verzögerte Slaveposition, | |ẽm(k)| ≤ |ẽm(k-1)| (
Die Einführung einer gesättigten Feder ist notwendig, damit die Masterposition die Slave-Referenzposition erreicht, die wiederum der verzögerten Slaveposition folgt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der „Time Domain Passivity Approach“ (TDPA) als Werkzeug verwendet, um über den Passivitätsbeobachter (PO, engl. Passivity Observer) die zusätzliche Energie, die dem Master-Slave-Referenz-Subsystem aufgrund der gesättigten Feder zugeführt wird, zu überwachen und über den Passivitätscontroller (PC) abzuführen. Das Master-Slave-Referenz-Subsystem kann analog zu einem Ein-Port-System betrachtet werden, bei dem der PO zu einem bestimmten Zeitpunkt negativ sein kann oder nicht, je nach den Betriebsbedingungen und den Besonderheiten der Dynamik des Ein-Port-Elements. Unter der Annahme einer anfänglichen Energiespeicherung von Null werden die leistungskonjugierten Variablen ƒmc(k) und ẋm(k) zur Überwachung des Energieflusses verwendet:
Unter Verwendung der vorbeschriebenen Beziehung wird durch die Wirkung der gesättigten Feder keine zusätzliche Energie in das Master-Proxy-Subsystem eingespeist.Using the above-described relationship, no additional energy is fed into the master proxy subsystem by the action of the saturated spring.
Fall(iii):Case (iii):
Das Verfahren stellt fest, ob die Bedingung |ẽm(k)| ≥ |em(k)|. Wenn dies zutrifft, dann ermöglicht die Steuerung lẽm(k)| = |em(k)|, indem sie die Referenz-Slaveposition gleich der verzögerten Slaveposition wählt |x̃s(k)| = |xs(k-Tb)|. In diesem Zustand hält |xs(k)| entweder seine vorherige Position oder bewegt sich auf den Master zu (
Das durch Gleichung (1) beschriebene Master-Proxy-Subsystem ist asymptotisch stabil unter Verwendung der in Gleichung (2) beschriebenen Gesetze der Schaltsteuerung. Die Slave-Steuerung folgt unter Verwendung einer stabilen Trajektorie-Slave-Steuerung der verzögerten Master-Referenz, und daher konvergieren die Positionen von Master, lokalem Proxy und Slave. Der menschliche Bediener speist Energie in die Master-Proxy-Kopplung ein, während er mit dem Master-Roboter interagiert. Wenn der Bediener jedoch den Master-Roboter freigibt, verringert die vorgeschlagene Steuerung die Energie monoton aufgrund der Dissipation durch die inhärente physikalische Dämpfung des Master-Roboters und das adaptive Dämpfungselement des Passivitätskontrollers (PC).The master proxy subsystem described by equation (1) is asymptotically stable using the laws of switching control described in equation (2). The slave control follows the delayed master reference using a stable trajectory slave control, and therefore the positions of the master, local proxy and slave converge. The human operator feeds energy into the master-proxy coupling while interacting with the master robot. However, if the operator releases the master robot, the proposed control monotonically reduces the energy due to the dissipation from the inherent physical damping of the master robot and the adaptive damping element of the passivity controller (PC).
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
Die
Experimentelle Ergebnisse:Experimental results:
Die Experimente für die vorgeschlagene Steuerung wurden so durchgeführt, dass der menschliche Bediener die Rotationsvorrichtung auf der Masterseite als erfindungsgemäße Eingabeeinrichtung nutzt und so manövriert, dass die Robotereinrichtung auf Slaveseite gebildet durch die zweite Rotationsvorrichtung mit einer harten Wand (über 150 N/mm) in Kontakt kommt, die sich bei 0,85 rad befindet. Selbst für eine gute abgestimmte Kopplungssteuerung würde eine solche Interaktion bei Einführung einer „großen“ Zeitverzögerung instabil werden. Dies ist aus
Das Experiment wurde durch die Implementierung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens wiederholt, wobei der menschliche Bediener 4 Kontakte mit der harten Wand als einzunehmende Position für die slaveseitige Rotationsvorrichtung vorgegeben hat. Die
Referenzen:Credentials:
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[1]
Robert J Anderson and Mark W Spong. Bilateral control of teleoperators with time delay. IEEE Transactions on Automatic control, 34(5):494.501, 1989 Robert J Anderson and Mark W Spong. Bilateral control of teleoperators with time delay. IEEE Transactions on Automatic control, 34 (5): 494.501, 1989 -
[2]
Günter Niemeyer and J-JE Slotine. Stable adaptive teleoperation. IEEE Journal of oceanic engineering, 16(1): 152.162, 1991 Günter Niemeyer and J-JE Slotine. Stable adaptive teleoperation. IEEE Journal of oceanic engineering, 16 (1): 152.162, 1991 -
[3]
Michel Franken, Stefano Stramigioli, Sarthak Misra, Cristian Secchi, and Alessandro Macchelli. Bilateral telemanipulation with time delays: A two-layer approach combining passivity and transparency. IEEE transactions on robotics, 27(4):741.756, 2011 Michel Franken, Stefano Stramigioli, Sarthak Misra, Cristian Secchi, and Alessandro Macchelli. Bilateral telemanipulation with time delays: A two-layer approach combining passivity and transparency. IEEE transactions on robotics, 27 (4): 741.756, 2011 -
[4]
Jee-Hwan Ryu, Jordi Artigas, and Carsten Preusche. A passive bilateral control scheme for a teleoperator with time-varying communication delay. Mechatronics, 20(7):812.823, 2010 Jee-Hwan Ryu, Jordi Artigas, and Carsten Preusche. A passive bilateral control scheme for a teleoperator with time-varying communication delay. Mechatronics, 20 (7): 812.823, 2010 - [5] Dylan P Losey, Andrew Erwin, Craig G McDonald, Fabrizio Sergi, and Marcia K O'Malley. A time-domain approach to control of series elastic actuators: Adaptive torque and passivity-based impedance control. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 21(4):2085.2096,2016.[5] Dylan P Losey, Andrew Erwin, Craig G McDonald, Fabrizio Sergi, and Marcia K O'Malley. A time-domain approach to control of series elastic actuators: Adaptive torque and passivity-based impedance control. IEEE / ASME Transactions on Mechatronics, 21 (4): 2085.2096,2016.
-
[6]
Hyunwook Lee, Jinoh Lee, Jee-Hwan Ryu, and Sehoon Oh. Relaxing the conservatism of passivity condition for impedance controlled series elastic actuators. In 2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pages 7610.7615. IEEE, 2019 Hyunwook Lee, Jinoh Lee, Jee-Hwan Ryu, and Sehoon Oh. Relaxing the conservatism of passivity condition for impedance controlled series elastic actuators. In 2019 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pages 7610.7615. IEEE, 2019 -
[7]
Marco De Stefano, Hrishik Mishra, Ribin Balachandran, Roberto Lampariello, Christian Ott, and Cristian Secchi. Multi-rate tracking control for a space robot on a controlled satellite: A passivity-based strategy. IEEE Robotics and Automation Letters, 4(2): 1319.1326, April 2019 Marco De Stefano, Hrishik Mishra, Ribin Balachandran, Roberto Lampariello, Christian Ott, and Cristian Secchi. Multi-rate tracking control for a space robot on a controlled satellite: A passivity-based strategy. IEEE Robotics and Automation Letters, 4 (2): 1319.1326, April 2019 -
[8]
Marco De Stefano, Ribin Balachandran, and Cristian Secchi. A passivity-based approach for simulating satellite dynamics with robots: Discrete-time integration and time-delay compensation. IEEE Transactions on Robotics, 36(1): 189.203, Feb 2020 Marco De Stefano, Ribin Balachandran, and Cristian Secchi. A passivity-based approach for simulating satellite dynamics with robots: Discrete-time integration and time-delay compensation. IEEE Transactions on Robotics, 36 (1): 189.203, Feb 2020 -
[9]
Alexander Dietrich, Xuwei Wu, Kristin Bussmann, Christian Ott, Alin Albu-Schäffer, and Stefano Stramigioli. Passive hierarchical impedance control via energy tanks. IEEE Robotics and automation letters, 2(2):522.529, 2016 Alexander Dietrich, Xuwei Wu, Kristin Bussmann, Christian Ott, Alin Albu-Schäffer, and Stefano Stramigioli. Passive hierarchical impedance control via energy tanks. IEEE Robotics and automation letters, 2 (2): 522.529, 2016 -
[10]
Andre Coelho, Harsimran Singh, Konstantin Kondak, and Christian Ott. Whole-body bilateral teleoperation of a redundant aerial manipulator. In 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2020 Andre Coelho, Harsimran Singh, Konstantin Kondak, and Christian Ott. Whole-body bilateral teleoperation of a redundant aerial manipulator. In 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2020 -
[11]
Ribin Balachandran, Mikael Jorda, Jordi Artigas, Jee-Hwan Ryu, and Oussama Khatib. Passivity-based stability in explicit force control of robots. In 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), pages 386.393. IEEE, 2017 Ribin Balachandran, Mikael Jorda, Jordi Artigas, Jee-Hwan Ryu, and Oussama Khatib. Passivity-based stability in explicit force control of robots. In 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), pages 386.393. IEEE, 2017 -
[12]
Mikael Jorda, Ribin Balachandran, Jee-Hwan Ryu, and Oussama Khatib. New passivity observers for improved robot force control. In 2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pages 2177.2184. IEEE, 2017 Mikael Jorda, Ribin Balachandran, Jee-Hwan Ryu, and Oussama Khatib. New passivity observers for improved robot force control. In 2017 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pages 2177.2184. IEEE, 2017 - [13] Dongjun Lee and Ke Huang. Passive-set-position-modulation framework for interactive robotic systems. IEEE Transactions on Robotics, 26(2):354.369, 2010.[13] Dongjun Lee and Ke Huang. Passive-set-position-modulation framework for interactive robotic systems. IEEE Transactions on Robotics, 26 (2): 354.369, 2010.
- [14] J Edward Colgate and Gerd G Schenkel. Passivity of a class of sampled-data systems: Application to haptic interfaces. Journal of robotic systems, 14(1):37.47, 1997.[14] J Edward Colgate and Gerd G Schenkel. Passivity of a class of sampled data systems: Application to haptic interfaces. Journal of robotic systems, 14 (1): 37.47, 1997.
-
[15]
Emmanuel Nu.no, Luis Basa.nez, Romeo Ortega, and Mark W Spong. Position tracking for non-linear teleoperators with variable time delay. The International Journal of Robotics Research, 28(7):895.910, 2009 Emmanuel Nu.no, Luis Basa.nez, Romeo Ortega, and Mark W Spong. Position tracking for non-linear teleoperators with variable time delay. The International Journal of Robotics Research, 28 (7): 895.910, 2009 -
[16]
Dale A Lawrence. Stability and transparency in bilateral teleoperation. IEEE transactions on robotics and automation, 9(5):624.637, 1993 Dale A Lawrence. Stability and transparency in bilateral teleoperation. IEEE transactions on robotics and automation, 9 (5): 624.637, 1993 -
[17]
Jordi Artigas, Jee-Hwan Ryu, and Carsten Preusche. Time domain passivity control for position-position teleoperation architectures. Presence: Teleoperators and Virtual Environments, 19(5):482.497, 2010 Jordi Artigas, Jee-Hwan Ryu, and Carsten Preusche. Time domain passivity control for position-position teleoperation architectures. Presence: Teleoperators and Virtual Environments, 19 (5): 482.497, 2010 -
[18]
Ribin Balachandran, Jordi Artigas, Usman Mehmood, and Jee-Hwan Ryu. Performance comparison of wave variable transformation and time domain passivity approaches for time-delayed teleoperation: Preliminary results. In 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pages 410.417. IEEE, 2016 Ribin Balachandran, Jordi Artigas, Usman Mehmood, and Jee-Hwan Ryu. Performance comparison of wave variable transformation and time domain passivity approaches for time-delayed teleoperation: Preliminary results. In 2016 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pages 410.417. IEEE, 2016 -
[19]
Jordi Artigas, Jee-Hwan Ryu, and Carsten Preusche. Position drift compensation in time domain passivity based teleoperation. In 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pages 4250.4256. IEEE, 2010 Jordi Artigas, Jee-Hwan Ryu, and Carsten Preusche. Position drift compensation in time domain passivity based teleoperation. In 2010 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pages 4250.4256. IEEE, 2010 -
[20]
Vinay Chawda, Ha Van Quang, Marcia K O'Malley, and Jee-Hwan Ryu. Compensating position drift in time domain passivity approach based teleoperation. In Haptics Symposium (HAPTICS), 2014 IEEE, pages 195.202. IEEE, 2014 Vinay Chawda, Ha Van Quang, Marcia K O'Malley, and Jee-Hwan Ryu. Compensating position drift in time domain passivity approach based teleoperation. In Haptics Symposium (HAPTICS), 2014 IEEE, pages 195.202. IEEE, 2014 -
[21]
Andre Coelho, Harsimran Singh, Tin Muskardin, Ribin Balachandran, and Konstantin Kondak. Smooth position-drift compensation for time domain passivity approach based teleoperation. In Intelligent Robots and Systems (IROS), 2015 IEEE/RSJ International Conference on. IEEE, 2018 Andre Coelho, Harsimran Singh, Tin Muskardin, Ribin Balachandran, and Konstantin Kondak. Smooth position-drift compensation for time domain passivity approach based teleoperation. In Intelligent Robots and Systems (IROS), 2015 IEEE / RSJ International Conference on. IEEE, 2018 -
[22]
Andre Coelho, Chistian Ott, Harsimran Singh, Fernando Lizarralde, and Konstantin Kondak. Multi-dof time domain passivity approach based drift compensation for telemanipulation. In 2019 19th International Conference on Advanced Robotics (ICAR), pages 695.701, Dec 2019 Andre Coelho, Chistian Ott, Harsimran Singh, Fernando Lizarralde, and Konstantin Kondak. Multi-dof time domain passivity approach based drift compensation for telemanipulation. In 2019 19th International Conference on Advanced Robotics (ICAR), pages 695.701, Dec 2019 -
[23]
Vinay Chawda and Marcia K O'Malley. Position synchronization in bilateral teleoperation under time-varying communication delays. Ieee/asme transactions on mechatronics, 20(1):245.253, 2015 Vinay Chawda and Marcia K O'Malley. Position synchronization in bilateral teleoperation under time-varying communication delays. Ieee / asme transactions on mechatronics, 20 (1): 245.253, 2015 -
[24]
Ali Jazayeri and Mahdi Tavakoli. Absolute stability analysis of sampled-data scaled bilateral teleoperation systems. Control Engineering Practice, 21(8):1053.1064, 2013 Ali Jazayeri and Mahdi Tavakoli. Absolute stability analysis of sampled-data scaled bilateral teleoperation systems. Control Engineering Practice, 21 (8): 1053.1064, 2013 -
[25]
Jake J Abbott and Allison M Okamura. Analysis of virtual fixture contact stability for telemanipulation. In Proceedings 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2003) (Cat. No. 03CH37453), volume 3, pages 2699.2706. IEEE, 2003 Jake J Abbott and Allison M Okamura. Analysis of virtual fixture contact stability for telemanipulation. In Proceedings 2003 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2003) (Cat. No. 03CH37453), volume 3, pages 2699.2706. IEEE, 2003 -
[26]
Hyun Chul Cho and Jong Hyeon Park. Stable bilateral teleoperation under a time delay using a robust impedance control. Mechatronics, 15(5):611.625, 2005 Hyun Chul Cho and Jong Hyeon Park. Stable bilateral teleoperation under a time delay using a robust impedance control. Mechatronics, 15 (5): 611.625, 2005 -
[27]
Aghil Jafari, Muhammad Nabeel, Harsimran Singh, and Jee-Hwan Ryu. Stable and transparent teleoperation over communication timedelay: Observerbased input-to-state stable approach. In 2016 IEEE Haptics Symposium (HAPTICS), pages 235.240. IEEE, 2016 Aghil Jafari, Muhammad Nabeel, Harsimran Singh, and Jee-Hwan Ryu. Stable and transparent teleoperation over communication timedelay: Observer-based input-to-state stable approach. In 2016 IEEE Haptics Symposium (HAPTICS), pages 235.240. IEEE, 2016
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---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021111413B3 (en) | 2021-05-03 | 2022-06-09 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Actuator system and method for spring stiffness adjustment in an actuator system |
DE102022206854A1 (en) | 2022-07-05 | 2024-01-11 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Monitoring a machine with predicted visibility |
DE102023101809B3 (en) | 2023-01-25 | 2024-02-01 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Actuator system and method for adjusting spring stiffness in an actuator system |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014004115B3 (en) | 2014-03-24 | 2015-05-13 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Control network with a haptic input device |
DE102015100694A1 (en) | 2015-01-19 | 2016-07-21 | Technische Universität Darmstadt | Teleoperation system with intrinsic haptic feedback through dynamic characteristic adaptation for gripping force and end effector coordinates |
DE102016105682A1 (en) | 2016-03-29 | 2017-10-05 | Technische Universität Darmstadt | Regulated haptic system and method for displaying contact forces |
EP3538328B1 (en) | 2016-11-10 | 2020-06-10 | Cognibotics AB | System and method for instructing a robot |
DE202019001448U1 (en) | 2019-03-29 | 2020-07-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Actuator system |
DE102020113409A1 (en) | 2019-05-17 | 2020-11-19 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method for controlling a slave system by means of a master system |
-
2020
- 2020-08-17 DE DE102020121561.4A patent/DE102020121561B3/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014004115B3 (en) | 2014-03-24 | 2015-05-13 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Control network with a haptic input device |
DE102015100694A1 (en) | 2015-01-19 | 2016-07-21 | Technische Universität Darmstadt | Teleoperation system with intrinsic haptic feedback through dynamic characteristic adaptation for gripping force and end effector coordinates |
DE102016105682A1 (en) | 2016-03-29 | 2017-10-05 | Technische Universität Darmstadt | Regulated haptic system and method for displaying contact forces |
EP3538328B1 (en) | 2016-11-10 | 2020-06-10 | Cognibotics AB | System and method for instructing a robot |
DE202019001448U1 (en) | 2019-03-29 | 2020-07-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Actuator system |
DE102020113409A1 (en) | 2019-05-17 | 2020-11-19 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method for controlling a slave system by means of a master system |
Non-Patent Citations (51)
Title |
---|
ABBOTT, Jake J. ; OKAMURA, Allison: Analysis of virtual fixture contact stability for telemanipulation. In: Proceedings 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2003), 27-31 Oct. 2003, Las Vegas, NV, USA, Vol. 3, S. 2699-2706. - ISBN 0-7803-7860-1. DOI: 10.1109/IROS.2003.1249278. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1249278 [abgerufen am 2020-09-24] |
Aghil Jafari, Muhammad Nabeel, Harsimran Singh, and Jee-Hwan Ryu. Stable and transparent teleoperation over communication timedelay: Observerbased input-to-state stable approach. In 2016 IEEE Haptics Symposium (HAPTICS), pages 235.240. IEEE, 2016 |
Alexander Dietrich, Xuwei Wu, Kristin Bussmann, Christian Ott, Alin Albu-Schäffer, and Stefano Stramigioli. Passive hierarchical impedance control via energy tanks. IEEE Robotics and automation letters, 2(2):522.529, 2016 |
Ali Jazayeri and Mahdi Tavakoli. Absolute stability analysis of sampled-data scaled bilateral teleoperation systems. Control Engineering Practice, 21(8):1053.1064, 2013 |
ANDERSON, Robert J. ; SPONG, Mark W.: Bilateral control of teleoperators with time delay. In: IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 34, 1989, No. 5, S. 494-501. - ISSN 0018-9286 (P); 1558-2523 (E). DOI: 10.1109/9.24201. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=24201 [abgerufen am 2020-09-22] |
Andre Coelho, Chistian Ott, Harsimran Singh, Fernando Lizarralde, and Konstantin Kondak. Multi-dof time domain passivity approach based drift compensation for telemanipulation. In 2019 19th International Conference on Advanced Robotics (ICAR), pages 695.701, Dec 2019 |
Andre Coelho, Harsimran Singh, Konstantin Kondak, and Christian Ott. Whole-body bilateral teleoperation of a redundant aerial manipulator. In 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2020 |
Andre Coelho, Harsimran Singh, Tin Muskardin, Ribin Balachandran, and Konstantin Kondak. Smooth position-drift compensation for time domain passivity approach based teleoperation. In Intelligent Robots and Systems (IROS), 2015 IEEE/RSJ International Conference on. IEEE, 2018 |
ARTIGAS, Jordi ; RYU, Jee-Hwan ; PREUSCHE, Carsten: Position drift compensation in time domain passivity based teleoperation. In: 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 18-22 Oct. 2010, Taipei, Taiwan, S. 4250-4256. - ISBN 978-1-4244-6676-4. DOI: 10.1109/IROS.2010.5652691. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5652691 [abgerufen am 2020-09-24] |
ARTIGAS, Jordi ; RYU, Jee-Hwan ; PREUSCHE, Carsten: Time domain passivity control for position-position teleoperation architectures. In: Presence: Teleoperators and Virtual Environments, Vol. 19, 2010, No. 5, S. 482-497. - ISSN 1054-7460 (P); 1531-3263 (E). DOI: 10.1162/pres_a_00013 |
BALACHANDRAN, Ribin [u.a.]: Passivity-based stability in explicit force control of robots. In: 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 29 May-3 June 2017, Singapore, S. 386-393. - ISBN 978-1-5090-4633-1. DOI: 10.1109/ICRA.2017.7989050. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7989050 [abgerufen am 2020-09-23] |
BALACHANDRAN, Ribin [u.a.]: Performance comparison of wave variable transformation and time domain passivity approaches for time-delayed teleoperation: Preliminary results. In: 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 9-14 Oct. 2016, Daejeon, South Korea, S. 410-417. - ISBN 978-1-5090-3762-9. DOI: 10.1109/IROS.2016.7759087. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7759087 [abgerufen am 2020-09-24] |
CHAWDA, Vinay ; O'MALLEY, Marcia K.: Position synchronization in bilateral teleoperation under time-varying communication delays. In: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 20, 2015, No. 1, S. 245-253. - ISSN 1083-4435 (P); 1941-014X (E). DOI: 10.1109/TMECH.2014.2317946. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6810156 [abgerufen am 2020-09-24] |
CHAWDA, Vinay [u.a.]: Compensating position drift in time domain passivity approach based teleoperation. In: 2014 IEEE Haptics Symposium (HAPTICS), 23-26 Feb. 2014, Houston, TX, USA, S. 195-202. - ISBN 978-1-4799-3131-6. DOI: 10.1109/HAPTICS.2014.6775454. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6775454 [abgerufen am 2019-07-11] |
CHO, Hyun Chul ; PARK, Jong Hyeon: Stable bilateral teleoperation under a time delay using a robust impedance control. In: Mechatronics, Vol. 15, 2005, No. 5, S. 611-625. - ISSN 0957-4158 (P); 1873-4006 (E). DOI: 10.1016/j.mechatronics.2004.05.006 |
COELHO, Andre [u.a.]: Multi-DoF time domain passivity approach based drift compensation for telemanipulation. In: 2019 19th International Conference on Advanced Robotics (ICAR), 2-6 Dec. 2019, Belo Horizonte, Brazil, S. 695-701. - ISBN 978-1-7281-2467-4. DOI: 10.1109/ICAR46387.2019.8981661. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8981661 [abgerufen am 2020-09-24] |
COELHO, Andre [u.a.]: Smooth position-drift compensation for time domain passivity approach based teleoperation. In: 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 1-5 Oct. 2018, Madrid, Spain, S. 5525-5532. - ISBN 978-1-5386-8094-0. DOI: 10.1109/IROS.2018.8594125. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8594125 [abgerufen am 2020-09-24] |
COELHO, Andre [u.a.]: Whole-body bilateral teleoperation of a redundant aerial manipulator. In: 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 31 May-31 Aug. 2020, Paris, France, S. 9150-9156. - ISBN 978-1-7281-7395-5. DOI: 10.1109/ICRA40945.2020.9197028. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9197028 [abgerufen am 2020-09-23] |
COLGATE, J. Edward ; SCHENKEL, Gerd G.: Passivity of a class of sampled-data systems: Application to haptic interfaces. In: Journal of Robotic Systems, Vol. 14, 1997, No. 1, S. 37-47. - ISSN 0741-2223 (P); 1097-4563 (E). URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/%28SICI%291097-4563%28199701%2914%3A1%3C37%3A%3AAID-ROB4%3E3.0.CO%3B2-V [abgerufen am 2020-09-23] |
Dale A Lawrence. Stability and transparency in bilateral teleoperation. IEEE transactions on robotics and automation, 9(5):624.637, 1993 |
DE STEFANO, Marco ; BALACHANDRAN, Ribin ; SECCHI, Cristian: A passivity-based approach for simulating satellite dynamics with robots: Discrete-time integration and time-delay compensation. In: IEEE Transactions on Robotics, Vol. 36, 2020, No. 1, S. 189-203. - ISSN 1552-3098 (P); 1941-0468 (E). DOI: 10.1109/TRO.2019.2945883. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8879583 [abgerufen am 2020-09-22] |
DE STEFANO, Marco [u.a.]: Multi-rate tracking control for a space robot on a controlled satellite: A passivity-based strategy. In: IEEE Robotics and Automation Letters, Vol. 4, 2019, No. 2, S. 1319-1326. - ISSN 2377-3766. DOI: 10.1109/LRA.2019.2895420. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8626435 [abgerufen am 2020-09-22] |
DIETRICH, Alexander [u.a.]: Passive hierarchical impedance control via energy tanks. In: IEEE Robotics and Automation Letters, Vol. 2, 2017, No. 2, S. 522-529. - ISSN 2377-3766. DOI: 10.1109/LRA.2016.2645504. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7801022 [abgerufen am 2020-09-23] |
Emmanuel Nu.no, Luis Basa.nez, Romeo Ortega, and Mark W Spong. Position tracking for non-linear teleoperators with variable time delay. The International Journal of Robotics Research, 28(7):895.910, 2009 |
FRANKEN, Michel [u.a.]: Bilateral telemanipulation with time delays: A two-layer approach combining passivity and transparency. In: IEEE Transactions on Robotics, Vol. 27, 2011, No. 4, S. 741-756. - ISSN 1552-3098 (P); 1941-0468 (E). DOI: 10.1109/TRO.2011.2142430. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5784345 [abgerufen am 2020-09-22] |
Günter Niemeyer and J-JE Slotine. Stable adaptive teleoperation. IEEE Journal of oceanic engineering, 16(1): 152.162, 1991 |
Hyun Chul Cho and Jong Hyeon Park. Stable bilateral teleoperation under a time delay using a robust impedance control. Mechatronics, 15(5):611.625, 2005 |
Hyunwook Lee, Jinoh Lee, Jee-Hwan Ryu, and Sehoon Oh. Relaxing the conservatism of passivity condition for impedance controlled series elastic actuators. In 2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pages 7610.7615. IEEE, 2019 |
JAFARI, Aghil [u.a.]: Stable and transparent teleoperation over communication time-delay: Observer-based input-to-state stable approach. In: 2016 IEEE Haptics Symposium (HAPTICS), 8-11 April 2016, Philadelphia, PA, USA, S. 235-240. - ISBN 978-1-5090-0903-9. DOI: 10.1109/HAPTICS.2016.7463183. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7463183 [abgerufen am 2020-09-28] |
Jake J Abbott and Allison M Okamura. Analysis of virtual fixture contact stability for telemanipulation. In Proceedings 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2003) (Cat. No. 03CH37453), volume 3, pages 2699.2706. IEEE, 2003 |
JAZAYERI, Ali ; TAVAKOLI, Mahdi: Absolute stability analysis of sampled-data scaled bilateral teleoperation systems. In: Control Engineering Practice, Vol. 21, 2013, No. 8, S. 1053-1064. - ISSN 0967-0661 (P); 1873-6939 (E). DOI: 10.1016/j.conengprac.2013.04.002 |
Jee-Hwan Ryu, Jordi Artigas, and Carsten Preusche. A passive bilateral control scheme for a teleoperator with time-varying communication delay. Mechatronics, 20(7):812.823, 2010 |
JORDA, Mikael [u.a.]: New passivity observers for improved robot force control. In: 2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 24-28 Sept. 2017, Vancouver, BC, Canada, S. 2177-2184. - ISBN 978-1-5386-2682-5. DOI: 10.1109/IROS.2017.8206036. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8206036 [abgerufen am 2020-09-23] |
Jordi Artigas, Jee-Hwan Ryu, and Carsten Preusche. Position drift compensation in time domain passivity based teleoperation. In 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pages 4250.4256. IEEE, 2010 |
Jordi Artigas, Jee-Hwan Ryu, and Carsten Preusche. Time domain passivity control for position-position teleoperation architectures. Presence: Teleoperators and Virtual Environments, 19(5):482.497, 2010 |
LAWRENCE, Dale A.: Stability and transparency in bilateral teleoperation. In: IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 9, 1993, No. 5, S. 624-637. - ISSN 1042-296X (P); 2374-958X (E). DOI: 10.1109/70.258054. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=258054 [abgerufen am 2020-09-24] |
LEE, Dongjun ; HUANG, Ke: Passive-set-position-modulation framework for interactive robotic systems. In: IEEE Transactions on Robotics, Vol. 26, 2010, No. 2, S. 354-369. - ISSN 1552-3098 (P); 1941-0468 (E). DOI: 10.1109/TRO.2010.2041877. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5422739 [abgerufen am 2020-09-23] |
LEE, Hyunwook [u.a.]: Relaxing the conservatism of passivity condition for impedance controlled series elastic actuators. In: 2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 4-8 Nov. 2019, Macau, China, S. 7610-7615. - ISBN 978-1-7281-4004-9. DOI: 10.1109/IROS40897.2019.8968217. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=8968217 [abgerufen am 2020-09-22] |
LOSEY, Dylan P. [u.a.]: A time-domain approach to control of series elastic actuators: Adaptive torque and passivity-based impedance control. In: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 21, 2016, No. 4, S. 2085-2096. - ISSN 1083-4435 (P); 1941-014X (E). DOI: 10.1109/TMECH.2016.2557727. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7457670 [abgerufen am 2020-09-22] |
Marco De Stefano, Hrishik Mishra, Ribin Balachandran, Roberto Lampariello, Christian Ott, and Cristian Secchi. Multi-rate tracking control for a space robot on a controlled satellite: A passivity-based strategy. IEEE Robotics and Automation Letters, 4(2): 1319.1326, April 2019 |
Marco De Stefano, Ribin Balachandran, and Cristian Secchi. A passivity-based approach for simulating satellite dynamics with robots: Discrete-time integration and time-delay compensation. IEEE Transactions on Robotics, 36(1): 189.203, Feb 2020 |
Michel Franken, Stefano Stramigioli, Sarthak Misra, Cristian Secchi, and Alessandro Macchelli. Bilateral telemanipulation with time delays: A two-layer approach combining passivity and transparency. IEEE transactions on robotics, 27(4):741.756, 2011 |
Mikael Jorda, Ribin Balachandran, Jee-Hwan Ryu, and Oussama Khatib. New passivity observers for improved robot force control. In 2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pages 2177.2184. IEEE, 2017 |
NIEMEYER, Günter ; SLOTINE, Jean-Jacques E.: Stable adaptive teleoperation. In: IEEE Journal of Oceanic Engineering, Vol. 16, 1991, No. 1, S. 152-162. - ISSN 0364-9059 (P); 1558-1691 (E). DOI: 10.1109/48.64895. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=64895 [abgerufen am 2020-09-22] |
NUÑO, Emmanuel [u.a.]: Position tracking for non-linear teleoperators with variable time delay. In: The International Journal of Robotics Research, Vol. 28, 2009, No. 7, S. 895-910. - ISSN 0278-3649 (P); 1741-3176 (E). DOI: 10.1177/0278364908099461. URL: https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/0278364908099461 [abgerufen am 2020-09-24] |
Ribin Balachandran, Jordi Artigas, Usman Mehmood, and Jee-Hwan Ryu. Performance comparison of wave variable transformation and time domain passivity approaches for time-delayed teleoperation: Preliminary results. In 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pages 410.417. IEEE, 2016 |
Ribin Balachandran, Mikael Jorda, Jordi Artigas, Jee-Hwan Ryu, and Oussama Khatib. Passivity-based stability in explicit force control of robots. In 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), pages 386.393. IEEE, 2017 |
Robert J Anderson and Mark W Spong. Bilateral control of teleoperators with time delay. IEEE Transactions on Automatic control, 34(5):494.501, 1989 |
RYU, Jee-Hwan ; ARTIGAS, Jordi ; PREUSCHE, Carsten: A passive bilateral control scheme for a teleoperator with time-varying communication delay. In: Mechatronics, Vol. 20, 2010, No. 7, S. 812-823. - ISSN 0957-4158 (P); 1873-4006 (E). DOI: 10.1016/j.mechatronics.2010.07.006 |
Vinay Chawda and Marcia K O'Malley. Position synchronization in bilateral teleoperation under time-varying communication delays. Ieee/asme transactions on mechatronics, 20(1):245.253, 2015 |
Vinay Chawda, Ha Van Quang, Marcia K O'Malley, and Jee-Hwan Ryu. Compensating position drift in time domain passivity approach based teleoperation. In Haptics Symposium (HAPTICS), 2014 IEEE, pages 195.202. IEEE, 2014 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021111413B3 (en) | 2021-05-03 | 2022-06-09 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Actuator system and method for spring stiffness adjustment in an actuator system |
DE102022206854A1 (en) | 2022-07-05 | 2024-01-11 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Monitoring a machine with predicted visibility |
DE102023101809B3 (en) | 2023-01-25 | 2024-02-01 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Actuator system and method for adjusting spring stiffness in an actuator system |
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