16、人机协作系统中的智能控制与交互技术

人机协作系统中的智能控制与交互技术

在当今科技飞速发展的时代，人机协作系统（HRI）在多个领域展现出了巨大的应用潜力，如工业、娱乐、远程操作、家庭和医疗保健等。与传统工业机器人在结构化和已知环境中工作不同，HRI 系统需要机器人与技能和能力各异的人类进行交互。因此，如何设计一个智能的 HRI 系统，在保证性能的前提下，为人类提供协助和安全保障，同时尽量减少对人类和机器人动力学的了解，成为了一个重要的研究课题。

1. 辅助最优按需控制及其应用

辅助最优按需控制（COR）为解决人机协作中的一些问题提供了新的思路。它通过代数表达式计算非线性系统在任意时刻的最优动作，并利用线搜索解决短时间内应用这些动作的问题，以实现长时间的跟踪改进。

• 优势 ：与基于有限切换持续时间合成最优控制的标准方法相比，COR 方法完全避免了受限迭代优化，便于人机控制的快速切换，实现了一种新的共享控制范式，能够快速按需提供自动化协助。
• 应用案例 ：在站立平衡治疗和姿势强化方面，利用 ROS（机器人操作系统）应用最优按需控制。以一个模拟站立人物为例，通过施加最优辅助脉冲来防止其摔倒，为康复治疗提供了新的机会。
• 特点 ：
  • 激活时间短，确保了在共享控制场景中的可行性，减少了对力反馈的需求。
  • 控制器易于实现，计算需求低，可实时运行。
  • 实时模拟研究表明，配备 COR 接口的治疗师可以在确保患者安全的同时，要求患者积极参与治疗。