Receding Horizon Strategies for the Time Domain Passivity Approach in Haptics and Teleoperation

In dieser Arbeit werden mehrere neue Ideen zur Verbesserung des Kraft-Rückkopplungssystems in haptischen Schnittstellen oder Teleoperationssystemen formuliert und bewertet. Sie werden theoretisch analysiert und praktisch untersucht. Das Ziel besteht darin, dieTransparenz der Kraft und die Benutzerfreundlichkeit des Systems zu verbessern. Dies wird durch die Einführung von Skalierungsparametern erreicht, um Energie über einen längeren Zeitraum zu dissipieren. Darüber hinaus wird vorhergesagt, wann das Systemaktiv werden könnte, um Energie präventiv zu dissipieren, oder indem die Dissipation des Controllers verlängert wird, um Oszillationen zu verhindern.Der Time Domain Passivity Approach (TDPA) ist ein etablierter Regelungsansatz zur Passivierung haptischer Geräte mittels adaptiver Dämpfung in im pedanzbasierten haptischen Geräten. Dieser Ansatz führt bekanntermaßen zu Chattering und zu steilen Gradienten des Regelsignals. In dieser Arbeit untersuchen wir zwei Strategien, um diese Effekte zu mildern. Erstens schlagen wir vor, ein zeitlich begrenztes Fenster ein-zuführen, um die erforderliche Dämpfung einzuspeisen und dadurch das Regelsignal zuglätten. Zweitens versuchen wir, das aktive Systemverhalten vorherzusagen, indem wir den Passivitätsbeobachter in der TDPA-Methode erweitern und eine Dämpfung aktivieren, wenn zukünftiges aktives Verhalten vorhergesagt wird, statt nur auf die aktuelle Energieerzeugung zu reagieren. Die entwickelten Regelungsstrategien werden zunächst theoretisch diskutiert und anschließend mittels einer haptischen Schnittstelle mit einer virtuellen Umgebung getestet, um Passivität und damit Stabilität sicherzustellen. Die vielversprechendsten Regelungsstrategien werden dann in einer Teleoperationsumgebung implementiert, um ihre Gebrauchstauglichkeit weiter zu testen. Die getesteten Ansätze verbessern das subjektive Gefühl, indem sie steile Gradienten in der Rückkopplungskraft reduzieren. Dies ist auf die verbesserte Krafttransparenz der vorgestellten Methoden zurückzuführen.