Panzirsch, Michael and Singh, Harsimran and Wu, Xuwei and Iskandar, Maged and Köpken, Anne and Luz, Rute and Batti, Nesrine and Lay, Florian Samuel and Manaparampil, Ajithkumar Narayanan and Mayershofer, Luisa and Luo, Xiaozhou and Burger, Robert and Bustamante Gomez, Samuel and Butterfass, Jörg and den Exter, Emiel and Friedl, Werner and Gumpert, Thomas and Pavelski, Pedro Henrique and Quere, Gabriel and Schmidt, Florian and Albu-Schäffer, Alin Olimpiu and Bauer, Adrian Simon and Leidner, Daniel and Schmaus, Peter and Hagengruber, Annette and Krueger, Thomas and Vogel, Jörn and 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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Official URL: https://www.science.org/stoken/author-tokens/ST-2460/full
Abstract
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.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/213023/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Virtual elasto-plastic robot compliance to active environments | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
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Date: | 26 February 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Science Robotics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 10 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1126/scirobotics.adq1703 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | American Association for the Advancement of Science (AAAS) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 2470-9476 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | compliance control, human-robot interaction, teleoperation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | Robotics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | R RO - Robotics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | R - Telerobotics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Oberpfaffenhofen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Robotics and Mechatronics (since 2013) Institute of Robotics and Mechatronics (since 2013) > Analysis and Control of Advanced Robotic Systems | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Panzirsch, Michael | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 28 Feb 2025 10:41 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 03 Mar 2025 10:09 |
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