In the near future, collaborative robots (cobots) are expected to play a vital role in the manufacturing and automation sectors. It is predicted that workers will work side by side in collaboration with cobots to surpass fully automated factories. In this regard, physical human-robot interaction (pHRI) aims to develop natural communication between the partners to bring speed, flexibility, and ergonomics to the execution of complex manufacturing tasks. One challenge in pHRI is to design an optimal interaction controller to balance the limitations introduced by the contradicting nature of transparency and stability requirements. In this paper, a general methodology to design an admittance controller for a pHRI system is developed by considering the stability and transparency objectives. In our approach, collaborative robot constrains the movement of human operator to help with a pHRI task while an augmented reality (AR) interface informs the operator about its phases. To this end, dynamical characterization of the collaborative robot (LBR IIWA 7 R800, KUKA Inc.) is presented first. Then, the stability and transparency analyses for our pHRI task involving collaborative drilling with this robot are reported. A range of allowable parameters for the admittance controller is determined by superimposing the stability and transparency graphs. Finally, three different sets of parameters are selected from the allowable range and the effect of admittance controllers utilizing these parameter sets on the task performance is investigated.

中文翻译：

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使用导纳控制器与协作机器人进行协作钻孔

在不久的将来，协作机器人（cobots）有望在制造和自动化领域发挥重要作用。预计工人将与协作机器人并肩工作，超越全自动化工厂。在这方面，物理人机交互 (pHRI) 旨在发展合作伙伴之间的自然交流，为复杂制造任务的执行带来速度、灵活性和人体工程学。pHRI 的一个挑战是设计一个最佳交互控制器来平衡由透明度和稳定性要求的矛盾性质引入的限制。在本文中，通过考虑稳定性和透明度目标，开发了一种为 pHRI 系统设计导纳控制器的通用方法。在我们的方法中，协作机器人限制人类操作员的运动以帮助完成 pHRI 任务，而增强现实 (AR) 界面则将其阶段告知操作员。为此，首先介绍了协作机器人（LBR IIWA 7 R800，KUKA Inc.）的动态特性。然后，报告了涉及与该机器人协作钻孔的 pHRI 任务的稳定性和透明度分析。通过叠加稳定性和透明度图来确定导纳控制器的一系列允许参数。最后，从允许范围中选择了三组不同的参数，并研究了使用这些参数组的导纳控制器对任务性能的影响。为此，首先介绍了协作机器人（LBR IIWA 7 R800，KUKA Inc.）的动态特性。然后，报告了涉及与该机器人协作钻孔的 pHRI 任务的稳定性和透明度分析。通过叠加稳定性和透明度图来确定导纳控制器的一系列允许参数。最后，从允许范围中选择了三组不同的参数，并研究了使用这些参数组的导纳控制器对任务性能的影响。为此，首先介绍了协作机器人（LBR IIWA 7 R800，KUKA Inc.）的动态特性。然后，报告了涉及与该机器人协作钻孔的 pHRI 任务的稳定性和透明度分析。通过叠加稳定性和透明度图来确定导纳控制器的一系列允许参数。最后，从允许范围内选择了三组不同的参数，并研究了使用这些参数组的导纳控制器对任务性能的影响。通过叠加稳定性和透明度图来确定导纳控制器的一系列允许参数。最后，从允许范围内选择了三组不同的参数，并研究了使用这些参数组的导纳控制器对任务性能的影响。通过叠加稳定性和透明度图来确定导纳控制器的一系列允许参数。最后，从允许范围内选择了三组不同的参数，并研究了使用这些参数组的导纳控制器对任务性能的影响。