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A Shared Control Approach Based on First-Order Dynamical Systems and Closed-Loop Variable Stiffness Control

Xue, Haotian und Michel, Youssef und Lee, Dongheui (2023) A Shared Control Approach Based on First-Order Dynamical Systems and Closed-Loop Variable Stiffness Control. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 109 (4). Springer. doi: 10.1007/s10846-023-02023-w. ISSN 0921-0296.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10846-023-02023-w

Kurzfassung

In this paper, we present a novel learning-based shared control framework. This framework deploys first-order Dynamical Systems (DS) as motion generators providing the desired reference motion, and a Variable Stiffness Dynamical Systems (VSDS) (Chen et al. 2021) for haptic guidance. We show how to shape several features of our controller in order to achieve authority allocation, local motion refinement, in addition to the inherent ability of the controller to automatically synchronize with the human state during joint task execution. We validate our approach in a teleoperated task scenario, where we also showcase the ability of our framework to deal with situations that require updating task knowledge due to possible changes in the task scenario, or changes in the environment. Finally, we conduct a user study to compare the performance of our VSDS controller for guidance generation to two state-of-the-art controllers in a target reaching task. The result shows that our VSDS controller has the highest successful rate of task execution among all conditions. Besides, our VSDS controller helps reduce the execution time and task load significantly, and was selected as the most favorable controller by participants.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202048/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Shared Control Approach Based on First-Order Dynamical Systems and Closed-Loop Variable Stiffness Control
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Xue, HaotianTUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Michel, YoussefTUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, Dongheuidongheui.lee (at) tuwien.ac.athttps://orcid.org/0000-0003-1897-7664NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Dezember 2023
Erschienen in:Journal of Intelligent & Robotic Systems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:109
DOI:10.1007/s10846-023-02023-w
Verlag:Springer
ISSN:0921-0296
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Shared control, Dynamical systems, Teleoperation, Learning from demonstration, Motion planning
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
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Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Leitungsbereich
Hinterlegt von: Geyer, Günther
Hinterlegt am:17 Jan 2024 12:02
Letzte Änderung:18 Jan 2024 12:59

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