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Stable Forbidden-Region Virtual Fixtures for Bilateral Telemanipulation / Abbott, Jake J. in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 53-64 p. Titre : Stable Forbidden-Region Virtual Fixtures for Bilateral Telemanipulation Titre original : Montages Virtuels Interdits Stables de Région pour Télémanipulation Bilatéral Type de document : texte imprimé Auteurs : Abbott, Jake J., Auteur ; Okamura, Alison M., Auteur Article en page(s) : 53-64 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Collaboration  homme-machine  Télémanipulation  Montage  virtuel  Contrainte  Manipulateur  slave  Vibration  instable  Rétroaction  haptique  Stabilité  des  montage  virtuels  Instabilité  Stabilité  virtuelle  latérale  slave  Rigidité  virtuel Index. décimale : 629.8 Résumé : There has been recent interest in novel human-machine collaborative control laws, called "virtual fixtures," which provide operator assistance for telemanipulation tasks. A forbidden-region virtual fixture is a constraint, implemented in software, that seeks to prevent the slave manipulator of a master/slave telemanipulation system from entering into a forbidden region of the workspace. In this paper, we consider the problem of unstable vibrations of the slave and/or master against forbidden-region virtual fixtures for a general class of telemanipulator control architectures, including those with haptic feedback. To the best of the authors' knowledge, there has been no rigorous study of the stability of forbidden-region virtual fixtures in previous work. The system is evaluated around the master and slave equilibrium position resulting from a constant desired human input force, using a discrete state-space model. We present a method to analytically determine if instability is possible in the system. We thoroughly evaluate this method, experimentally, applying malicious user strategies that attempt to drive the system unstable. Our approach agrees with experimental results and can be used to design and analyze the stability and transient properties of a telemanipulator interacting with virtual fixtures. We show that the user can affect both slave- and master-side virtual fixture stability by modifying his or her impedance characteristics. However, the upper bound on stable slave-side virtual fixture stiffness does not depend on the particular user. Il y a eu intérêt récent pour des lois de collaboration homme-machine de commande de roman, appelées "les montages virtuels," qui fournissent l'opérateur que l'aide pour le telemanipulation charge. Un montage virtuel interdit de région est une contrainte, mise en application dans le logiciel, qui cherche à empêcher le manipulateur slave d'un système slave principal de telemanipulation d'entrer dans une région interdite de la zone de travail. En cet article, nous considérons le problème des vibrations instables du slave et ou de maître contre les montages virtuels interdits de région pour une classe générale des architectures de commande de télémanipulateur, y compris ceux avec la rétroaction haptique. Au meilleur de la connaissance des auteurs, il n'y a eu aucune étude rigoureuse de la stabilité des montages virtuels interdits de région dans les travaux précédents. Le système est évalué autour du maître et de la position slave d'équilibre résultant d'une force humaine désirée constante d'entrée, en utilisant un modèle discret de l'espace d'état. Nous présentons une méthode pour déterminer analytiquement si l'instabilité est possible dans le système. Nous évaluons complètement cette méthode, expérimentalement, appliquant les stratégies malveillantes d'utilisateur qui essayent de conduire le système instable. Notre approche est conforme aux résultats expérimentaux et peut être employée pour concevoir et analyser la stabilité et les propriétés passagères d'un télémanipulateur agissant l'un sur l'autre avec les montages virtuels. Nous prouvons que l'utilisateur peut affecter la stabilité virtuelle latérale slave et principale de montage en modifiant ses caractéristiques d'impédance. Cependant, la limite supérieure sur la rigidité virtuelle latérale slave stable de montage ne dépend pas de l'utilisateur particulier. En ligne : jabbott@rthz.ch, aokamura@jhu.edu [article] Stable Forbidden-Region Virtual Fixtures for Bilateral Telemanipulation = Montages Virtuels Interdits Stables de Région pour Télémanipulation Bilatéral [texte imprimé] / Abbott, Jake J., Auteur ; Okamura, Alison M., Auteur . - 53-64 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 53-64 p. Mots-clés : Collaboration  homme-machine  Télémanipulation  Montage  virtuel  Contrainte  Manipulateur  slave  Vibration  instable  Rétroaction  haptique  Stabilité  des  montage  virtuels  Instabilité  Stabilité  virtuelle  latérale  slave  Rigidité  virtuel Index. décimale : 629.8 Résumé : There has been recent interest in novel human-machine collaborative control laws, called "virtual fixtures," which provide operator assistance for telemanipulation tasks. A forbidden-region virtual fixture is a constraint, implemented in software, that seeks to prevent the slave manipulator of a master/slave telemanipulation system from entering into a forbidden region of the workspace. In this paper, we consider the problem of unstable vibrations of the slave and/or master against forbidden-region virtual fixtures for a general class of telemanipulator control architectures, including those with haptic feedback. To the best of the authors' knowledge, there has been no rigorous study of the stability of forbidden-region virtual fixtures in previous work. The system is evaluated around the master and slave equilibrium position resulting from a constant desired human input force, using a discrete state-space model. We present a method to analytically determine if instability is possible in the system. We thoroughly evaluate this method, experimentally, applying malicious user strategies that attempt to drive the system unstable. Our approach agrees with experimental results and can be used to design and analyze the stability and transient properties of a telemanipulator interacting with virtual fixtures. We show that the user can affect both slave- and master-side virtual fixture stability by modifying his or her impedance characteristics. However, the upper bound on stable slave-side virtual fixture stiffness does not depend on the particular user. Il y a eu intérêt récent pour des lois de collaboration homme-machine de commande de roman, appelées "les montages virtuels," qui fournissent l'opérateur que l'aide pour le telemanipulation charge. Un montage virtuel interdit de région est une contrainte, mise en application dans le logiciel, qui cherche à empêcher le manipulateur slave d'un système slave principal de telemanipulation d'entrer dans une région interdite de la zone de travail. En cet article, nous considérons le problème des vibrations instables du slave et ou de maître contre les montages virtuels interdits de région pour une classe générale des architectures de commande de télémanipulateur, y compris ceux avec la rétroaction haptique. Au meilleur de la connaissance des auteurs, il n'y a eu aucune étude rigoureuse de la stabilité des montages virtuels interdits de région dans les travaux précédents. Le système est évalué autour du maître et de la position slave d'équilibre résultant d'une force humaine désirée constante d'entrée, en utilisant un modèle discret de l'espace d'état. Nous présentons une méthode pour déterminer analytiquement si l'instabilité est possible dans le système. Nous évaluons complètement cette méthode, expérimentalement, appliquant les stratégies malveillantes d'utilisateur qui essayent de conduire le système instable. Notre approche est conforme aux résultats expérimentaux et peut être employée pour concevoir et analyser la stabilité et les propriétés passagères d'un télémanipulateur agissant l'un sur l'autre avec les montages virtuels. Nous prouvons que l'utilisateur peut affecter la stabilité virtuelle latérale slave et principale de montage en modifiant ses caractéristiques d'impédance. Cependant, la limite supérieure sur la rigidité virtuelle latérale slave stable de montage ne dépend pas de l'utilisateur particulier. En ligne : jabbott@rthz.ch, aokamura@jhu.edu