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Torque-Dependent Compliance Control in the Joint Space for Robot-Mediated Motor Therapy / Formica, Domenico 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) . - 152-158 p. Titre : Torque-Dependent Compliance Control in the Joint Space for Robot-Mediated Motor Therapy Titre original : Commande Dépendante de Conformité de Couple dans l'Espace Commun pour le Robot a Négocié la Thérapie de Moteur Type de document : texte imprimé Auteurs : Formica, Domenico, Auteur ; Zollo, Loredana, Auteur ; Guglielmelli, Eugenio Article en page(s) : 152-158 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Machine  robotique  Régulation  Modèle  dynamique  Simulation  Adaptabilité  Sûreté Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper is focused on the design of interaction control of robotic machines for rehabilitative motor therapy of the upper limb. The control approach tries to address requirements deriving from the application field and adopts a bioinspired approach for regulating robot behavior in the interaction with the patient. An inner-outer loop control scheme is proposed. In order to tune the level of force and improve robot adaptability in the interaction with the patient, a classical outer force control loop is used. For the inner loop, a novel control law for low-level tuning of robot compliance is introduced, that is borrowed from studies on the biological mechanisms for regulating the elastic properties of the human arm. A dedicated simulation tool, which models the dynamics of an operational robotic machine interacting with a human subject, has been developed. Validation of basic adaptability and safety requirements of the control scheme is carried out in simple tasks, e.g., reaching and contact/noncontact transitions, as well as in simulated situations of typical motor exercises. In particular, the simulation tests demonstrate the adaptive capabilities of the proposed control schemes, e.g., in counterbalancing patient incorrect movements related to the various levels of disability. Moreover, preliminar experimental tests carried out on a real robotic system demonstrated the possibility of using the proposed approach for guaranteeing safe interaction with the patient. Cet article est concentré sur la conception de la commande d'interaction des machines robotiques pour la thérapie réhabilitative de moteur du membre supérieur. L'approche de commande essaye d'adresser des conditions dérivant du champ d'application et adopte a bioinspired l'approche pour le comportement de régulation de robot dans l'interaction avec le patient. On propose un arrangement intérieur-externe de commande de boucle. Afin d'accorder le niveau de la force et améliorer l'adaptabilité de robot dans l'interaction avec le patient, une boucle d'avertissement externe classique de force est employée. Pour la boucle intérieure, une loi de commande de roman pour l'accord de niveau bas de la conformité de robot est présentée, qui est empruntée aux études sur les mécanismes biologiques pour régler les propriétés élastiques du bras humain. Un outil consacré de simulation, qui modèle la dynamique d'une machine robotique opérationnelle agissant l'un sur l'autre avec un sujet humain, a été développé. La validation des conditions de base d'adaptabilité et de sûreté de l'arrangement de commande est effectuée dans simple charge, par exemple, l'atteinte et entre en contact avec des transitions de non contact, aussi bien que dans des situations simulées des exercices typiques de moteur. En particulier, les essais de simulation démontrent les possibilités adaptatives des arrangements proposés de commande, par exemple, en équilibrant les mouvements incorrects patients liés aux divers niveaux de l'incapacité. D'ailleurs, les essais expérimentaux preliminar effectués sur un vrai système robotique ont démontré la possibilité d'employer l'approche proposée pour garantir l'interaction sûre avec le patient. En ligne : d.formica@unicampus.it, l.zallo@unicampus.it, e.guglielmelli@unicampus.it [article] Torque-Dependent Compliance Control in the Joint Space for Robot-Mediated Motor Therapy = Commande Dépendante de Conformité de Couple dans l'Espace Commun pour le Robot a Négocié la Thérapie de Moteur [texte imprimé] / Formica, Domenico, Auteur ; Zollo, Loredana, Auteur ; Guglielmelli, Eugenio . - 152-158 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 152-158 p. Mots-clés : Machine  robotique  Régulation  Modèle  dynamique  Simulation  Adaptabilité  Sûreté Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper is focused on the design of interaction control of robotic machines for rehabilitative motor therapy of the upper limb. The control approach tries to address requirements deriving from the application field and adopts a bioinspired approach for regulating robot behavior in the interaction with the patient. An inner-outer loop control scheme is proposed. In order to tune the level of force and improve robot adaptability in the interaction with the patient, a classical outer force control loop is used. For the inner loop, a novel control law for low-level tuning of robot compliance is introduced, that is borrowed from studies on the biological mechanisms for regulating the elastic properties of the human arm. A dedicated simulation tool, which models the dynamics of an operational robotic machine interacting with a human subject, has been developed. Validation of basic adaptability and safety requirements of the control scheme is carried out in simple tasks, e.g., reaching and contact/noncontact transitions, as well as in simulated situations of typical motor exercises. In particular, the simulation tests demonstrate the adaptive capabilities of the proposed control schemes, e.g., in counterbalancing patient incorrect movements related to the various levels of disability. Moreover, preliminar experimental tests carried out on a real robotic system demonstrated the possibility of using the proposed approach for guaranteeing safe interaction with the patient. Cet article est concentré sur la conception de la commande d'interaction des machines robotiques pour la thérapie réhabilitative de moteur du membre supérieur. L'approche de commande essaye d'adresser des conditions dérivant du champ d'application et adopte a bioinspired l'approche pour le comportement de régulation de robot dans l'interaction avec le patient. On propose un arrangement intérieur-externe de commande de boucle. Afin d'accorder le niveau de la force et améliorer l'adaptabilité de robot dans l'interaction avec le patient, une boucle d'avertissement externe classique de force est employée. Pour la boucle intérieure, une loi de commande de roman pour l'accord de niveau bas de la conformité de robot est présentée, qui est empruntée aux études sur les mécanismes biologiques pour régler les propriétés élastiques du bras humain. Un outil consacré de simulation, qui modèle la dynamique d'une machine robotique opérationnelle agissant l'un sur l'autre avec un sujet humain, a été développé. La validation des conditions de base d'adaptabilité et de sûreté de l'arrangement de commande est effectuée dans simple charge, par exemple, l'atteinte et entre en contact avec des transitions de non contact, aussi bien que dans des situations simulées des exercices typiques de moteur. En particulier, les essais de simulation démontrent les possibilités adaptatives des arrangements proposés de commande, par exemple, en équilibrant les mouvements incorrects patients liés aux divers niveaux de l'incapacité. D'ailleurs, les essais expérimentaux preliminar effectués sur un vrai système robotique ont démontré la possibilité d'employer l'approche proposée pour garantir l'interaction sûre avec le patient. En ligne : d.formica@unicampus.it, l.zallo@unicampus.it, e.guglielmelli@unicampus.it