Auto Switching Design with Hybrid Control for Scaled Up Maser Workspace in Teleoperation

Abstract

최근 극한 환경에서 작업을 위한 원격 조작 로봇에 대해 많은 연구를 하고있다. 원격 조작이란 원거리에서 기계, 시스템, 로봇을 이용하여 사람의 감각을 가지고 업무를 할 수 있도록 해주는 기술이다. 원거리에서 사용자의 행동을 따라하기 위해서 사용자는 외골격 로봇을 착용하고 모션을 취하면 Slave 로봇이 동작을 모방한다. 외골격 로봇을 마스터로 사용하는 시스템은 마스터의 변위가 직접적으로 slave의 변위를 결정하는 Position Control을 사용한다.

Position Control을 사용하기 위해 원격조작 시스템은 비슷한 작업공간을 가져야 한다. 이 경우 Slave의 크기가 커지거나 작업공간이 넓어지면 문제가 발생하게된다. 비슷한 작업공간을 갖지 않을 경우 Robot 조작에 있어 주어진 작업공간을 활용하지 못하거나 Singularity로 인한 오작동을 할 수있다. 이것은 사람의 안전과 직결되는 문제이기에 작업공간 매핑은 매우 중요하다. 이 문제를 극복하기 위해 작업공간의 확장이 용이한 Rate control 이 있다. 하지만 Rate control은 외골격 로봇을 Master로 사용하는 시스템에서 정밀한 제어를 하기가 힘든 단점이 있다.

본 논문에서는 position control 과 rate control을 혼합하여 사용하는 hybrid control을 활용하여 주어진 workspace 를 모두 활용하며 동시에 직관적인 제어를 하는 것이 목적이다. 외골격 로봇을 사용하는 시스템에서 가상 원이 Master에 생성되고, End-effecot가 가상 원 안에있을 때 Position Control이 수행되고, End-effector가 가상 원 밖에있을 때 Rate Control이 수행된다. 실험을 위하여 사용된 master는 7DOF(Degree of Freedom)를 가진 Manipulator이다. Slave는 master 와 같은 7DOF를 가졌지만 DOF의 배치가 다르고 대형 7DOF manipulator를 가상 시뮬레이터 V-rep상에 구현하였다. 가상환경에서 간단한 미션을 수행하여 실험을 하였다. 실험 결과를 통해 제시된 기술과 다른 기술의 결과를 비교하였다.; Recently, teleoperation robots for work in extreme environments are becoming a lot of research. Teleoperation is a technology that enables people to work with a sense by using machines, systems and robots from a long distance. In order for the robot to follow the behavior of the user at a distance, the user implements the motion of the exoskeleton robot, and the slave robot imitates the motion. Systems using exoskeleton robots as masters use position controls where the displacement of the master directly determines the displacement of the slave. To use position control, the teleoperation system should have a similar workspace. In this case, problems arise if the size of the slave is increased or the work space is widened.

If the system does not have a similar work space, it may not be able to utilize the given workspace for robot manipulation or malfunction due to singularity. Workspace mapping is very important because it is directly related to human safety. In order to overcome this problem, there is rate control which is easy to expand workspace. However, rate control is a system using an exoskeleton robot as a master, and it is difficult to control precisely.

The purpose of this paper is to utilize all of the given workspace and to intuitively control it by using hybrid control which is a mixture of position control and rate control. In a system using an exoskeleton robot, a virtual circle is created in workspace of the master, position control is performed when end-effector is located within the virtual circle, and rate control is performed when end-effector is located outside the virtual circle. The master used for the experiment is a Manipulator with 7DOF (Degree of Freedom). The slave has the same 7 DOF as the master but the DOF arrangement is different. And the large 7 DOF manipulator is implemented on the V-rep simulator. Experiments was performed that simple mission in a virtual environment. The results of the experiment are compared with result of other control method.