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A Probabilistic Approach to Multi-Modal Adaptive Virtual Fixtures

Mühlbauer, Maximilian Sebastian und Hulin, Thomas und Weber, Bernhard und Calinon, Sylvain und Stulp, Freek und Albu-Schäffer, Alin Olimpiu und Silverio, Joao (2024) A Probabilistic Approach to Multi-Modal Adaptive Virtual Fixtures. IEEE Robotics and Automation Letters, 9 (6), Seiten 5298-5305. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/LRA.2024.3384759. ISSN 2377-3766.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10490107

Kurzfassung

Virtual Fixtures (VFs) provide haptic feedback for teleoperation, typically requiring distinct input modalities for different phases of a task. This often results in vision- and position-based fixtures. Vision-based fixtures, particularly, require the handling of visual uncertainty, as well as target appearance/disappearance for increased flexibility. This creates the need for principled ways to add/remove fixtures, in addition to uncertainty-aware assistance regulation. Moreover, the arbitration of different modalities plays a crucial role in providing an optimal feedback to the user throughout the task. In this letter, we propose a Mixture of Experts (MoE) model that synthesizes visual servoing fixtures, elegantly handling full pose detection uncertainties and teleoperation goals in a unified framework. An arbitration function combining multiple vision-based fixtures arises naturally from the MoE formulation, leveraging uncertainties to modulate fixture stiffness and thus the degree of assistance. The resulting visual servoing fixtures are then fused with position-based fixtures using a Product of Experts (PoE) approach, achieving guidance throughout the complete workspace. Our results indicate that this approach not only permits human operators to accurately insert printed circuit boards (PCBs) but also offers added flexibility and retains the performance level of a baseline with carefully handtuned VFs, without requiring the manual creation of VFs for individual connectors.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204031/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Probabilistic Approach to Multi-Modal Adaptive Virtual Fixtures
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mühlbauer, Maximilian SebastianMaximilian.Muehlbauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7635-0248NICHT SPEZIFIZIERT
Hulin, ThomasThomas.Hulin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3814-075XNICHT SPEZIFIZIERT
Weber, BernhardBernhard.Weber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7857-0201NICHT SPEZIFIZIERT
Calinon, SylvainIdiapNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stulp, FreekFreek.Stulp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9555-9517NICHT SPEZIFIZIERT
Albu-Schäffer, Alin OlimpiuAlin.Albu-Schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074158635025
Silverio, Joaojoao.silverio (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1428-8933NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 April 2024
Erschienen in:IEEE Robotics and Automation Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:9
DOI:10.1109/LRA.2024.3384759
Seitenbereich:Seiten 5298-5305
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Ryu, Jee-HwanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2377-3766
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Assembly, space robotics and automation, telerobotics and teleoperation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Telerobotik, R - Erklärbare Robotische KI
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Mühlbauer, Maximilian Sebastian
Hinterlegt am:29 Apr 2024 10:43
Letzte Änderung:29 Apr 2024 10:43

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