Cartesian impedance control is a type of motion control strategy for robots that improves safety in partially unknown environments by achieving a compliant behavior of the robot with respect to its external forces. This compliant robot behavior has the added benefit of allowing physical human guidance of the robot. In this paper, we propose a C++ implementation of compliance control valid for any torque-commanded robotic manipulator. The proposed controller implements Cartesian impedance control to track a desired end-effector pose. Additionally, joint impedance is projected in the nullspace of the Cartesian robot motion to track a desired robot joint configuration without perturbing the Cartesian motion of the robot. The proposed implementation also allows the robot to apply desired forces and torques to its environment. Several safety features such as filtering, rate limiting, and saturation are included in the proposed implementation. The core functionalities are in a re-usable base library and a Robot Operating System (ROS) ros_control integration is provided on top of that. The implementation was tested with the KUKA LBR iiwa robot and the Franka Emika Robot (Panda) both in simulation and with the physical robots.

强化学习表现出巨大的潜力，可以解决复杂的接触率丰富的机器人操纵任务。但是，在现实世界中使用RL的安全是一个关键问题，因为在培训期间或看不见的情况下，RL政策是不完善的，可能会发生意外的危险碰撞。在本文中，我们提出了一个接触安全的增强增强学习框架，用于接触良好的机器人操纵，该框架在任务空间和关节空间中保持安全性。当RL政策导致机器人组与环境之间的意外冲突时，我们的框架能够立即检测到碰撞并确保接触力量很小。此外，最终效应器被强制执行，同时对外部干扰保持强大的态度。我们训练RL政策以模拟并将其转移到真正的机器人中。关于机器人擦拭任务的现实世界实验表明，即使在策略处于看不见的情况下，我们的方法也能够使接触在任务空间和关节空间中保持较小，同时拒绝对主要任务的干扰。

为了成为人类的有效伴侣，机器人必须越来越舒适地与环境接触。不幸的是，机器人很难区分``足够的''和``太多''力：完成任务需要一些力量，但太多可能会损害设备或伤害人类。设计合规的反馈控制器（例如刚度控制）的传统方法需要对控制参数进行手工调整，并使建立安全，有效的机器人合作者变得困难。在本文中，我们提出了一种新颖而易于实现的力反馈控制器，该反馈控制器使用控制屏障功能（CBF）直接从用户的最大允许力和扭矩的用户规格中得出合并的控制器。我们比较了传统僵硬控制的方法，以证明控制架构的潜在优势，并在人类机器人协作任务中证明了控制器的有效性：对笨重对象的合作操纵。

In this paper, we propose a unified whole-body control framework for velocity-controlled mobile collaborative robots which can distribute task motion into the arm and mobile base according to specific task requirements by adjusting weighting factors. Our framework focuses on addressing two challenging issues in whole-body coordination: 1) different dynamic characteristics of the mobile base and the arm; 2) avoidance of violating both safety and configuration constraints. In addition, our controller involves Coupling Dynamic Movement Primitives to enable the essential capabilities for collaboration and interaction applications, such as obstacle avoidance, human teaching, and compliance control. Based on these, we design an adaptive motion mode for intuitive physical human-robot interaction through adjusting the weighting factors. The proposed controller is in closed-form and thus quite computationally efficient. Several typical experiments carried out on a real mobile collaborative robot validate the effectiveness of the proposed controller.

在自动操纵，远程操作或物理人类机器人相互作用期间，四足动物的操纵器在与外部力量打交道时必须合规。本文提出了一个全身控制器，该控制器允许实施笛卡尔阻抗控制，以协调跟踪性能以及对机器人基础和操纵器组的理想合规性。控制器是通过使用二次编程（QP）的优化问题制定的，以对系统施加所需的行为，同时满足摩擦锥限制，单方面力量约束，关节和扭矩限制。提出的策略将平台的手臂和底座取代，从而实施了线性双质量弹簧阻尼器系统的行为，并允许独立调整其惯性，刚度和阻尼特性。使用配备了7-DOF操纵器组的90kg HYQ机器人通过广泛的模拟研究来验证控制架构。仿真结果表明，当在手臂的最终效用器上应用外力时，阻抗渲染性能。该论文介绍了完整姿势条件（地面上的所有腿）的结果，并且首次显示阻抗渲染如何受动态步态过程中接触条件的影响。

本文为复杂和物理互动的任务提供了用于移动操纵器的混合学习和优化框架。该框架利用了入学型物理接口，以获得直观而简化的人类演示和高斯混合模型（GMM）/高斯混合物回归（GMR），以根据位置，速度和力剖面来编码和生成学习的任务要求。接下来，使用GMM/GMR生成的所需轨迹和力剖面，通过用二次程序加强能量箱增强笛卡尔阻抗控制器的阻抗参数可以在线优化，以确保受控系统的消极性。进行了两个实验以验证框架，将我们的方法与两种恒定刚度（高和低）的方法进行了比较。结果表明，即使在存在诸如意外的最终效应碰撞等干扰的情况下，该方法在轨迹跟踪和生成的相互作用力方面都优于其他两种情况。

旨在进一步实现对机器人操纵中的影响的影响，提出了一种控制框架，其直接解决了通过跟踪机器人操纵器的控制所构成的挑战，该机器人操纵器的控制被任务执行与多个接触点相关联的名义上同时冲击。为此，我们扩展了参考展示框架，该框架利用刚性冲击图采用刚性冲击地图的扩展前和冲击后参考，在非弹性同时撞击的假设下确定。在实践中，机器人不会在冲击力矩的参考上居住;结果通常会发生不同接触点处的一系列冲击。我们的新方法通过引入额外的中间控制模式，在此上下文中扩展了参考传播。在该模式中，扭矩命令仍然基于达到撞击参考，目的是达到目标接触状态，但是禁用速度反馈，因为这可能由于快速的速度而可能是有害的。随着真实的实现，该方法是使用QP控制框架制定的，并在刚性机器人模型和具有柔性接头的现实机器人模型上使用数值模拟进行验证。

Energy based control methods are at the core of modern robotic control algorithms. In this paper we present a general approach to virtual model/mechanism control, which is a powerful design tool to create energy based controllers. We present two novel virtual-mechanisms designed for robotic minimally invasive surgery, which control the position of a surgical instrument while passing through an incision. To these virtual mechanisms we apply the parameter tuning method of Larby and Forni 2022, which optimizes for local performance while ensuring global stability.

Robotic teleoperation is a key technology for a wide variety of applications. It allows sending robots instead of humans in remote, possibly dangerous locations while still using the human brain with its enormous knowledge and creativity, especially for solving unexpected problems. A main challenge in teleoperation consists of providing enough feedback to the human operator for situation awareness and thus create full immersion, as well as offering the operator suitable control interfaces to achieve efficient and robust task fulfillment. We present a bimanual telemanipulation system consisting of an anthropomorphic avatar robot and an operator station providing force and haptic feedback to the human operator. The avatar arms are controlled in Cartesian space with a direct mapping of the operator movements. The measured forces and torques on the avatar side are haptically displayed to the operator. We developed a predictive avatar model for limit avoidance which runs on the operator side, ensuring low latency. The system was successfully evaluated during the ANA Avatar XPRIZE competition semifinals. In addition, we performed in lab experiments and carried out a small user study with mostly untrained operators.

当双臂机器人夹在人类环境中的刚性物体时，环境或协作人类将对操作的物体或机器人手臂施加偶然的扰动，导致夹紧失败，损坏机器人即使伤害了人类。该研究提出了优先化的分层合规性控制，同时处理双臂机器人夹紧中的两种干扰。首先，我们使用分层二次编程（HQP）来解决联合约束下的机器人反向运动学，并优先顺序对象对象对象的干扰遵守情况。其次，我们在与F / T传感器的势头观察者中估计干扰力，并采用导纳控制来实现优异性。最后，我们在14-DOF位置控制双臂机器人Walkerx上进行验证实验，稳定地夹紧刚性物体，同时实现对扰动的依从性。

在本文中，提出了针对动力学不确定性的机器人操纵器提出的人工延迟阻抗控制器。控制定律将超级扭曲算法（STA）类型的二阶切换控制器通过新颖的广义过滤跟踪误差（GFTE）统一延迟估计（TDE）框架。虽然时间延迟的估计框架可以通过估算不确定的机器人动力学和相互作用力来从状态和控制工作的近期数据中估算不确定的机器人动力学和相互作用力来准确建模机器人动力学，但外部循环中的第二阶切换控制法可以在时间延迟估计的情况下提供稳健性（TDE）由于操纵器动力学的近似而引起的误差。因此，拟议的控制定律试图在机器人最终效应变量之间建立所需的阻抗模型，即在存在不确定性的情况下，在遇到平滑接触力和自由运动期间的力和运动。使用拟议的控制器以及收敛分析的两个链接操纵器的仿真结果显示出验证命题。

本文提出了一种移动超级机器人方法，可在人类机器人结合的行动中进行身体援助。该研究从对超人概念的描述开始。这个想法是开发和利用可以遵循人类机器人操作命令的移动协作系统，通过三个主要组件执行工业任务：i）物理界面，ii）人类机器人互动控制器和iii）超级机器人身体。接下来，我们从理论和硬件的角度介绍了框架内的两个可能的实现。第一个系统称为MOCA-MAN，由冗余的扭矩控制机器人组和Omni方向移动平台组成。第二个称为Kairos-Man，由高付费6多速速度控制机器人组和Omni方向移动平台形成。该系统共享相同的接收界面，通过该接口将用户扳手转换为Loco-andipulation命令，该命令由每个系统的全身控制器生成。此外，提出了一个具有多个和跨性别主题的彻底用户研究，以揭示这两个系统在努力和灵活的任务中的定量性能。此外，我们提供了NASA-TLX问卷的定性结果，以证明超级人物的潜力及其从用户的观点中的可接受性。

远程运行是一种广泛采用的策略，用于控制需要高度灵巧运动和关键高级智力的复杂任务的机器人操纵器。经典的远程操作方案基于操纵杆的控制，或基于更直观的接口，这些界面将用户臂运动直接映射到一个机器人臂的运动中。当执行给定任务需要可重新配置的多个机器人ARM系统时，这些方法会限制。实际上，两个或多个机器人臂的同时进行近距离运行可以扩展操纵单元的工作空间，或增加其总有效载荷或提供其他优势。在可重新配置的多臂系统的不同阶段中，每个机器人可以充当独立的手臂，也可以充当一对合作的手臂，或者是虚拟大型机器人手的手指之一。该手稿提出了一个新型的远程注射框架，可以使个人和组合任何数量的机器人臂控制。多亏了设计的控制体系结构，人类操作员可以直观地选择提出的控制方式和操纵器，以使任务方便地通过用户界面执行。此外，通过Tele-Tele-Inverance范式，该系统可以通过让机器人模仿人类操作员的手臂阻抗和位置参考来解决需要物理互动的复杂任务。拟议的框架已通过8个主题，控制4个弗兰卡·埃米卡·熊猫机器人，并用7多杆执行远程触发任务。实验的定性结果向我们展示了我们框架的有希望的适用性。

可以使用几种技术来解决沿规定路径的最佳运动计划，但是大多数技术没有考虑到与环境接触时最终效用器所施加的扳手。当无法获得环境的动态模型时，就不存在合并方法来考虑相互作用的效果。无论要优化的特定性能指数如何，本文都提出了一种策略，将外部扳手包括在最佳计划算法中，考虑到任务规格。此过程是针对最小时间轨迹实例化的，并在接纳控制下执行交互任务的真实机器人进行了验证。结果证明，最终效应器扳手的包含会影响计划的轨迹，实际上改变了操纵器的动态能力。

机器人远程操作将使我们能够在危险或偏远的环境中执行复杂的操纵任务，例如行星勘探或核退役所需的。这项工作提出了使用被动分形阻抗控制器（FIC）的新型远程注射架构，该结构并不依赖于主动粘性组件以保证稳定性。与传统的阻抗控制器在理想条件下（无延迟和最大通信带宽）相比，我们提出的方法在交互作用方面产生了更高的透明度，并在我们的远程注射测试方案中证明了卓越的敏捷性和能力。我们还以高达1 s的极端延迟和通信带宽低至10 Hz的极端延迟来验证其性能。所有结果在具有挑战性的条件下使用拟议的控制器时，无论操作员的专业知识如何，所有结果都可以验证一致的稳定性。

为了实现机器人操作中影响的剥削，提出了一个新框架，以控制机器人操纵器，该机器人操纵器的任务是名义上同时执行的影响。在此框架中，我们采用了对应于前后运动和影响后运动的时间不变的参考矢量场的跟踪，从而在相似的常规跟踪控制方法上增加了其适用性。前后的引用和后影响引用是通过刚性冲击图耦合的，并扩展到预期发生冲击的区域重叠，以便始终遵循与机器人实际接触状态相对应的参考。由于通常会发生在不同接触点处的一系列冲击，从而导致接触模式和不可靠的速度测量值的不确定性，因此制定了针对时间不变参考的新的临时控制模式。在此模式下，位置反馈信号来自静电速度参考，该参考用于在所有接触点中强制执行持续的接触，而无需使用速度反馈。为了注重实际实现，该方法是使用QP控制框架制定的，并使用具有硬弹性接触模型的刚性机器人和具有柔性关节和合规性弹性触点模型的逼真的机器人模型上的数值模拟进行了验证。

Most impedance control schemes in robotics implement a desired passive impedance, allowing for stable interaction between the controlled robot and the environment. However, there is little guidance on the selection of the desired impedance. In general, finding the best stiffness and damping parameters is a challenging task. This paper contributes to this problem by connecting impedance control to robust control, with the goal of shaping the robot performances via feedback. We provide a method based on linear matrix inequalities with sparsity constraints to derive impedance controllers that satisfy a H-infinity performance criterion. Our controller guarantees passivity of the controlled robot and local performances near key poses.

在本文中，我们提出了对传感器可观察性，传感器可操作性及其各自索引的新颖概念的初步定义和分析。目的是分析和评估分布式定向或基于轴向传感器的性能，以观察任务空间中的特定轴，这是串行机器人操纵器中关节配置的函数。例如，连接扭矩传感器通常用于串行机器人操纵器中，并被认为完全能够估算最终效应力，但是某些联合配置可能会导致一个或多个任务空间轴因接头扭矩传感器的方式而无法观察到一个或多个任务空间轴对齐。提出的传感器可观察性提供了一种分析当前机器人配置质量以观察任务空间的方法。另一方面，传感器的操纵性衡量了机器人增加或降低观察质量的能力，该观察质量类似于传统运动学操纵性测量的最终效应器位置可操作性。在串行机器人操纵器中特定的关节扭矩传感器的特定情况下，传感器可观察性和传统运动学雅各比式之间的相似之处。尽管可以从串行操纵器中的雅各布转置的运动学分析中检索类似的信息，但在分析非关节安装的传感器和其他传感器类型方面，传感器可观察性被证明更为普遍。此外，对雅各布转置的零空间分析易于虚假观察性奇异性。使用机器人百特的模拟和实验证明了在物理相互作用中保持适当的传感器可观察性的重要性。

该手稿介绍了一个对象可变形性框架框架，用于共享一个人和多个机器人之间共享的任务。我们的方法可以根据对象的大小和重量与多个机器人共享负载，从而完全控制人的共同轨迹。这是通过合并通过对象传递的触觉信息和从运动捕获系统获得的人类运动信息来实现的。该框架的一个重要优点是，无论对象大小和变形特征如何，机器人之间不需要严格的内部通信。我们使用两个具有挑战性的现实场景来验证框架：木质刚性壁橱的共同投资和叉车移动带上的笨重盒子，后者是可变形物体的。为了评估所提出的框架的普遍性，由两个移动操纵器组成的异源团队由Omni方向移动基础组成，并为实验选择了具有不同DOF的协作机器人组。在这些实验过程中，我们的控制器和基线控制器（即入学控制器）之间的定性比较证明了提出的框架的有效性，尤其是在共同携带可变形物体时。此外，我们认为，在实验中使用起重带的框架的性能为共同运输的笨重和不可覆盖的物体提供了有希望的解决方案。

飞行操纵器是带有附着的刚性机器人的空中无人机，属于机器人的最新和最积极开发的研究领域。这些臂的刚性性质往往缺乏遵守，灵活性和运动平滑。这项工作建议使用柔软的机器人臂连接到全向微空中飞行器（OMAV），以利用臂的柔顺和灵活的行为，同时留下可操纵和动态的，感谢全向无人机作为浮座。随机臂的统一在这种组合平台的建模和控制中造成挑战;这些挑战是通过这项工作解决的。我们基于三个建模原理提出了飞行机械手的统一模型：分段恒定曲率（PCC）和增强刚体模型（ABBM）假设用于建模软连续式机器人和传统刚体机器人借用的浮动基础方法文学。为了演示该参数化的有效性和有用性，实现了一种基于分层模型的反馈控制器。在各种动态任务的模拟中验证并评估控制器，其中检查并验证了该平台的无缺陷运动，干扰恢复和轨迹跟踪能力。软飞行机械手平台可以在空中建筑，货物交付，人力援助，维护和仓库自动化中打开新的应用领域。