Resultados experimentales del control de un sistema de teleoperación bilateral de robots con retardos variantes en el tiempo
DOI:
https://doi.org/10.4995/riai.2021.14834Palabras clave:
Teleoperadores bilaterales, diseño de observadores, retardos variantes en el tiempo, correspondencia cinemática retardadaResumen
Los sistemas bilaterales de teleoperación son útiles en una amplia gama de tareas que pueden resultar peligrosas o inaccesibles para un humano. Sin embargo, cuando aparecen retardos variantes en el tiempo en el canal de comunicación, ya no se puede garantizar una transparencia perfecta. En cambio, se pueden perseguir otros objetivos de control, como la correspondencia cinemática entre los robots local y remoto. Además, dado que la mayoría de los robots disponibles comercialmente no están equipados con sensores de velocidad, para garantizar un cierto nivel de transparencia o correspondencia cinemática, el controlador no puede depender de las mediciones de velocidad. Este artículo está enfocado en presentar los resultados experimentales de un esquema robusto ante los retardos en el tiempo para manipuladores no lineales conectados a través de un canal de comunicación. Las ventajas principales del esquema propuesto son: i) no es necesario conocer los parámetros dinámicos de los manipuladores, ii) no es necesario imponer restricciones acerca del comportamiento del operador humano y de la superficie remota, iii) se obtiene una estimación de velocidades através de un filtro lineal de segundo orden, iv) un término que garantiza el seguimiento de fuerza fue agregado al esquema. Con el objetivo de mostrar el buen desempeño del esquema propuesto, se reportan un conjunto de experimentos que se han llevado a cabo entre diferentes ciudades de México utilizando Internet como canal de comunicación.
Descargas
Citas
Anderson, R. J., Spong, M. W., May 1989. Bilateral control of teleoperators with time delay. IEEE Transactions on Automatic Control 34 (5), 494-501. https://doi.org/10.1109/9.24201
Arteaga-Pérez, M. A., López, M., Nuño, E., Hernández-Ortiz, O., 2019. On the delayed kinematic correspondence with variable time delays for the control of the bilateral teleoperation of robots. doi:10.1080/00207179.2019.1707287. International Journal of Control. https://doi.org/10.1080/00207179.2019.1707287
Arteaga-Pérez, M. A., López-Recillas, L., López, M., Nuño, E., July 2017. Observer design for bilateral teleoperation systems with variable time delays. In: Proceedings of the 20th World Congress. The International Federation of Automatic Control. Toulouse, France, pp. 14933-14938.
Dyck, M., Jazayeri, A., Tavakoli, M., April 2013. Is the human operator in a teleoperation system passive? In: Proceedings of IEEE World Haptics Conference 2013. Daejeon, Korea, pp. 683-688. https://doi.org/10.1109/WHC.2013.6548491
García-Valdovinos, L. G., Parra-Vega, V., Arteaga-Perez, M. A., July 2005a. Higher-order sliding mode impedance bilateral teleoperation with robust state estimation under constant unknown time delay. In: Proceedings of the 2005 IEEE/ASME International Conference on Advance Intelligent Mechatronics. Monterey, California, USA, pp. 1293-1298.
García-Valdovinos, L. G., Parra-Vega, V., Mendez-Iglesias, J. A., Arteaga Perez, M. A., November 2005b. Cartesian sliding pid force/position control for transparent bilateral teleoperation. In: Proceedings of the 31st Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society IECON2005. Raleigh, North Carolina, USA, pp. 1979-1985. https://doi.org/10.1109/IECON.2005.1569208
Hua, C., Liu, P. X., 2010. Delay-dependent stability criteria of tele-opefration systems with unsymmetrical time-varying delays. IEEE Transactions on Robotics 26 (5), 925-932. https://doi.org/10.1109/TRO.2010.2053736
Islam, S., Liu, P. X., Saddik, A. E., August 2013. Teleoperation systems over wide-area communication networks delay. Chongqing, China, pp. 12-17.
Lawrence, D. A., 1993. Stability and transparency in bilateral teleoperation. IEEE Transactions on Robotics and Automation 9 (5), 624-637. https://doi.org/10.1109/70.258054
Levant, A., 1993. Sliding order and sliding accuracy in sliding mode control. International Journal of Control 58, 1247-1263. https://doi.org/10.1080/00207179308923053
Namvar, M., 2009. A class of globally convergent velocity observer for robotic manipulators. IEEE Transactions on Automatic Control 54 (8), 1956-1961. https://doi.org/10.1109/TAC.2009.2023960
Nuño, E., 2016. Consensus of Euler-Lagrange systems using only position measurements'. IEEE Transactions on Control of Network Systems DOI: 10.1109/TCNS. 2016.2620806.
Nuño, E., Arteaga-Pérez, M., Espinosa-P ' erez, G., 2018. Control of bilateral teleoperators with time delays using only position measurements (doi: 10.1002/rnc.3903). International Journal of Robust and Nonlinear Control 28, 808-824. https://doi.org/10.1002/rnc.3903
Nuño, E., Basañez, L., Ortega, R., Spong, M. W., 2009. Position tracking for non-linear teleoperators with variable time delay. International Journal of Robotics Research 28 (7), 895-910. https://doi.org/10.1177/0278364908099461
Nuño, E., Basañez, L., Ortega, R., 2011. Passivity-based control for bilateral teleoperation: A tutorial. Automatica 47 (3), 485-495. https://doi.org/10.1016/j.automatica.2011.01.004
Passenberg, C., Peer, A., Buss, M., 2010. A survey of environment-, operator-, and task-adapted controllers for teleoperation systems. Mechatronics 20, 787-801. https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2010.04.005
Polushin, I. G., Liu, P. X., Lung, C. H., 2007. A force-reflection algorithm for improved transparency in bilateral teleoperation with communication delay,. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 12, 361-374. https://doi.org/10.1109/TMECH.2007.897285
Sarras, I., Nuño, E., Basañez, L., Kinnaert, M., 2016. Position tracking in delayed bilateral teleoperators without velocity measurements. International Journal of Robust and Nonlinear Control 26 (7), 1437-1455. https://doi.org/10.1002/rnc.3358
Sheridan, T., 1993. Space teleoperation through time delay. IEEE Transactions on Robotics and Automation 9 (5), 592-606. https://doi.org/10.1109/70.258052
Siciliano, B., Sciavicco, L., Villani, L., Oriolo, G., 2010. Robotics: Modelling, Planning and Control. Springer-Verlag, London, Great Britain. https://doi.org/10.1007/978-1-84628-642-1
Sonoura, T., Matsuo, Y., Inaba, T., August 2002. Passivity analysis of a human operator in a human-machine control system considering maneuverability. In: Proceedings of the 41st SICE Annual Conference. SICE 2002. Osaka, Japan, pp. 2715-2720.
Yokokohji, Y., Yoshikawa, T., 1994. Bilateral control of master-slave manipulators for ideal kinesthetic coupling: Formulation and experiments. IEEE Transactions on Robotics and Automation 10 (5), 605-620. https://doi.org/10.1109/70.326566
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Esta revista se publica bajo una Licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-CompartirIgual 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0)