Data-Driven Human-Robot Interaction Without Velocity Measurement Using Off-Policy Reinforcement Learning

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作者
Yongliang Yang,Zihao Ding,Rui Wang,Hamidreza Modares,Donald C. Wunsch
出处
期刊:IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:9 (1): 47-63 被引量:29
标识
DOI:10.1109/jas.2021.1004258
摘要

In this paper, we present a novel data-driven design method for the human-robot interaction (HRI) system, where a given task is achieved by cooperation between the human and the robot. The presented HRI controller design is a two-level control design approach consisting of a task-oriented performance optimization design and a plant-oriented impedance controller design. The task-oriented design minimizes the human effort and guarantees the perfect task tracking in the outer-loop, while the plant-oriented achieves the desired impedance from the human to the robot manipulator end-effector in the inner-loop. Data-driven reinforcement learning techniques are used for performance optimization in the outer-loop to assign the optimal impedance parameters. In the inner-loop, a velocity-free filter is designed to avoid the requirement of end-effector velocity measurement. On this basis, an adaptive controller is designed to achieve the desired impedance of the robot manipulator in the task space. The simulation and experiment of a robot manipulator are conducted to verify the efficacy of the presented HRI design framework.

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