Physical human-robot collaboration (pHRC) requires both compliance and safety guarantees since robots coordinate with human actions in a shared workspace. This paper presents a novel fixed-time adaptive neural control methodology for handling time-varying workspace constraints that occur in physical human-robot collaboration while also guaranteeing compliance during intended force interactions. The proposed methodology combines the benefits of compliance control, time-varying integral barrier Lyapunov function (TVIBLF) and fixed-time techniques, which not only achieve compliance during physical contact with human operators but also guarantee time-varying workspace constraints and fast tracking error convergence without any restriction on the initial conditions. Furthermore, a neural adaptive control law is designed to compensate for the unknown dynamics and disturbances of the robot manipulator such that the proposed control framework is overall fixed-time converged and capable of online learning without any prior knowledge of robot dynamics and disturbances. The proposed approach is finally validated on a simulated two-link robot manipulator. Simulation results show that the proposed controller is superior in the sense of both tracking error and convergence time compared with the existing barrier Lyapunov functions based controllers, while simultaneously guaranteeing compliance and safety.


翻译:物理人机协作(pHRC)要求在共享工作空间中协调人类动作的同时,兼顾柔顺性与安全性保障。本文提出一种新颖的固定时间自适应神经控制方法,用于处理物理人机协作中出现的时变工作空间约束,并确保预期力交互过程中的柔顺性。该方法融合了柔顺控制、时变积分障碍李雅普诺夫函数(TVIBLF)与固定时间技术的优势,不仅能在与操作者物理接触时实现柔顺性,还能保证时变工作空间约束与快速跟踪误差收敛,且无需对初始条件施加任何限制。此外,设计了一种神经自适应控制律,用于补偿机器人操作臂的未知动力学与扰动,使得所提控制框架整体达到固定时间收敛,并能在无需预先了解机器人动力学与扰动的情况下进行在线学习。最终在仿真二连杆机器人操作臂上验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,与现有基于障碍李雅普诺夫函数的控制器相比,所提控制器在跟踪误差与收敛时间方面均表现更优,同时能同步保证柔顺性与安全性。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2010年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月8日
VIP会员
最新内容
《最强大的军事网状网络》
专知会员服务
3+阅读 · 9月7日
《预测陆军征兵任务分配》110页
专知会员服务
4+阅读 · 9月7日
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
11+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
11+阅读 · 9月1日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2010年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员