Physical Human-Robot Interaction Using HandsOn-SEA: An Educational Robotic Platform With Series Elastic Actuation

机器人学 机器人 动觉学习 人工智能 控制工程 执行机构 工程类 人机交互 阻抗控制 计算机科学 新颖性 人机交互 模拟 心理学 发展心理学 哲学 神学
作者
Ata Otaran,Ozan Tokatlı,Volkan Patoğlu
出处
期刊:IEEE Transactions on Haptics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:14 (4): 922-929 被引量:6
标识
DOI:10.1109/toh.2021.3081982
摘要

For gaining proficiency in physical human-robot interactions, it is crucial for engineering students to be provided with the opportunity to gain hands-on experience with robotic devices that feature kinesthetic feedback. In this article, we propose HandsOn-SEA, a low-cost, single degree-of-freedom, force-controlled educational robot with series elastic actuation and introduce educational modules for the use of the device to allow students to experience the fundamental performance trade-offs inherent in robotic systems. The novelty of the proposed robot is due to the deliberate introduction of a compliant element between the actuator and the handle, whose deflections are measured to perform closed-loop force control. As an admittance-type robot, HandsOn-SEA relies on force feedback to achieve the desired level of safety and transparency and complements the existing impedance-type educational robots. We present the integration of HandsOn-SEA into the robotics curriculum, by providing guidelines for its use in a senior level robotics course, to help students experience the challenges involved in the synergistic design and control of robotic devices. We systematically evaluate the efficacy of the device in a robotics course delivered for five semesters and provide evidence that HandsOn-SEA is effective in instilling fundamental concepts and trade-offs in the design and control of robotic devices.

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