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Virtual elasto-plastic robot compliance to active environments

Panzirsch, Michael und Singh, Harsimran und Wu, Xuwei und Iskandar, Maged und Köpken, Anne und Luz, Rute und Batti, Nesrine und Lay, Florian Samuel und Manaparampil, Ajithkumar Narayanan und Mayershofer, Luisa und Luo, Xiaozhou und Burger, Robert und Bustamante Gomez, Samuel und Butterfass, Jörg und den Exter, Emiel und Friedl, Werner und Gumpert, Thomas und Pavelski, Pedro Henrique und Quere, Gabriel und Schmidt, Florian und Albu-Schäffer, Alin Olimpiu und Bauer, Adrian Simon und Leidner, Daniel und Schmaus, Peter und Hagengruber, Annette und Krueger, Thomas und Vogel, Jörn und Lii, Neal Yi-Sheng (2025) Virtual elasto-plastic robot compliance to active environments. Science Robotics, 10 (99). American Association for the Advancement of Science (AAAS). doi: 10.1126/scirobotics.adq1703. ISSN 2470-9476.

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Offizielle URL: https://www.science.org/stoken/author-tokens/ST-2460/full

Kurzfassung

Humans exhibit a particular compliant behavior in interactions with their environment. Facilitated by fast physical reasoning, humans are able to rapidly alter their compliance, enhancing robustness and safety in active environments. Transferring these capabilities to robotics is of utmost importance particularly as major space agencies begin investigating the potential of cooperative robotic teams in space. In this scenario, robots in orbit or on planetary surfaces are meant to support astronauts in exploration, maintenance, and habitat building to reduce costs and risks of space missions. A major challenge for interactive robot teams is establishing the capability to act in and interact with dynamic environments. Analogous to humans, the robot should be not only particularly compliant in case of unexpected collisions with other systems but also able to cooperatively handle objects requiring accurate pose estimation and fast trajectory planning. Here, we show that these challenges can be attenuated through an enhancement of active robot compliance introducing a virtual plastic first-order impedance component. We present how elasto-plastic compliance can be realized via energy-based detection of active environments and how evasive motions can be enabled through adaptive plastic compliance. Two space teleoperation experiments using different robotic assets confirm the potential of the method to enhance robustness in interaction with articulated objects and facilitate robot cooperation. An experiment in a health care facility presents how the same method analogously solidifies robotic interactions in human-robot shared environments by giving the robot a subordinate role.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213023/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Virtual elasto-plastic robot compliance to active environments
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Panzirsch, MichaelMichael.Panzirsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0647-7147NICHT SPEZIFIZIERT
Singh, Harsimranharsimran.singh (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6735-9945NICHT SPEZIFIZIERT
Wu, XuweiXuwei.Wu (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2616-9149NICHT SPEZIFIZIERT
Iskandar, MagedMaged.Iskandar (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0644-0659NICHT SPEZIFIZIERT
Köpken, Anneanne.koepken (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Luz, RuteRute.Luz (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Batti, Nesrinenesrine.batti (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-2404-158X179109756
Lay, Florian SamuelFlorian.Lay (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5706-3278NICHT SPEZIFIZIERT
Manaparampil, Ajithkumar Narayananajithkumar.manaparampil (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mayershofer, Luisaluisa.mayershofer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-2587-6973179109759
Luo, XiaozhouXiaozhou.Luo (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4315-366XNICHT SPEZIFIZIERT
Burger, Robertrobert.burger (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bustamante Gomez, SamuelSamuel.Bustamante (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7923-8307NICHT SPEZIFIZIERT
Butterfass, JörgJoerg.Butterfass (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
den Exter, EmielEmiel.den.Exter (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedl, WernerWerner.Friedl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3002-7274NICHT SPEZIFIZIERT
Gumpert, ThomasThomas.Gumpert (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pavelski, Pedro Henriquepedro.pavelski (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Quere, GabrielGabriel.Quere (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1788-3685NICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, FlorianFlorian.Schmidt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Albu-Schäffer, Alin OlimpiuAlin.Albu-Schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074179109760
Bauer, Adrian SimonAdrian.Bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1171-4709NICHT SPEZIFIZIERT
Leidner, DanielDaniel.Leidner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5091-7122NICHT SPEZIFIZIERT
Schmaus, PeterPeter.Schmaus (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hagengruber, AnnetteAnnette.Hagengruber (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krueger, Thomasthomas.krueger (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vogel, JörnJoern.Vogel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1987-0028NICHT SPEZIFIZIERT
Lii, Neal Yi-ShengNeal.Lii (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:26 Februar 2025
Erschienen in:Science Robotics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.1126/scirobotics.adq1703
Verlag:American Association for the Advancement of Science (AAAS)
ISSN:2470-9476
Status:veröffentlicht
Stichwörter:compliance control, human-robot interaction, 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
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Panzirsch, Michael
Hinterlegt am:28 Feb 2025 10:41
Letzte Änderung:03 Mär 2025 10:09

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