User study of sensorless adaptive haptic assistance for bilateral teleoperation

• Jorge Sofrony Esmeral ^[1] ; Tobias Ring ^[2]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
  2. [2] University of Kassel

     University of Kassel

     Kreisfreie Stadt Kassel, Alemania

     
• Localización: Revista Facultad de Ingeniería: Universidad de Antioquia, ISSN-e 2422-2844, ISSN 0120-6230, Nº. 108, 2023, págs. 81-97
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Caso de estudio de una estrategia de asistencia háptico-adaptativa de teleoperación bilateral sin sensores
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• Resumen
  • español

    Este artículo presenta un esquema de asistencia háptica sin sensor para telerobótica controlada compartida bilateral, más específicamente se enfocará en la implementación de un esquema de asistencia adaptativa desarrollado previamente por uno de los autores. Para la aplicación del esquema de asistencia adaptativa, se establece una configuración de teleoperación con un robot esclavo virtual y un robot maestro real (dispositivo de control háptico) utilizando un dispositivo háptico comercial (de bajo costo), a saber, el háptico Novint Falcon dispositivo. Un problema en la configuración de la teleoperación es la falta de sensores para medir la fuerza de contacto entre el operador humano y el dispositivo de control háptico (es decir, solo se mide la posición del robot maestro), que es necesaria para la aplicación de la asistencia adaptativa. Se propone un aumento de estimación de perturbación de un observador de entrada desconocido con una red neuronal, que permite la estimación de la fuerza humana (externa) bajo incertidumbre de la planta y perturbaciones externas. El documento presenta los resultados de implementación de un problema de seguimiento de ruta (conocido) con evitación de obstáculos (desconocidos), y se presenta un análisis estadístico sobre la efectividad de los esquemas.

  • English

    This paper presents a sensor-less haptic adaptive assistance scheme for bilateral shared controlled in telerobotics. The paper focuses on the implementation of an adaptive assistance scheme previously developed using force sensors at the master’s side, extending it to the case where this measurement is no longer available. The experimental setup was composed of a virtual slave robot and a real master robot (a commercially-of-the-shelf, low-cost haptic device), namely the Novint Falcon haptic device. Due to the lack of sensors to measure the contact force between the human operator and the haptic control device i.e., only the position of the master robot is measured, a data-driven Unknown Input Observer with disturbance estimation augmentation is proposed, allowing the estimation of the (external) human force under plant uncertainty and external disturbances. The proposed approach is tested via a path tracking (known) with (unknown) obstacle avoidance task, and statistical analysis regarding the scheme’s effectiveness is presented.