Augmenting user capabilities through an adaptive assistive manipulator

Abstract

Assistive robot manipulators have the potential to increase the independence of disabled persons in activities of daily living. The current designs are mainly limited to pure teleoperation by the user, given the need for keeping the user in the control loop, and the complexity of the tasks and environments in which they operate. This thesis aims to augment the user’s capabilities for performing such tasks by adapting the robot, and its level of assistance, to the user. Methodologies for modeling and benchmarking the complete human-robot system were established, which helped drive the development of different approaches to adaptation. This included a task-oriented optimization of the robot physical structure, approaches for low-level adaptive shared control, and work on interactive learning of, and assistance on completing, simple object manipulation tasks. Three experimental platforms were used: The ASIBOT manipulator of Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), the AMOR manipulator of Exact Dynamics, and the iCub humanoid robot.

Los manipuladores asistenciales tienen el potencial de incrementar la independencia de personas discapacitadas en sus actividades de la vida diaria. Los diseños actuales se limitan principalmente a una pura teleoperación, pues dada la complejidad de las tareas y del entorno, se necesita mantener al usuario en el lazo de control. Esta tesis pretende mejorar las capacidades del usuario para realizar estas tareas, adaptando el robot y su nivel de asistencia a las necesidades del usuario. Se han establecido metodologías para el modelado y evaluación del comportamiento del sistema formado por humano y robot, lo que ha permitido el desarrollo de diferentes aproximaciones a la adaptación. Esto incluye desde la optimización de la estructura del robot atendiendo a las tareas, la evaluación de diversas aproximaciones al control compartido adaptativo a bajo nivel, al aprendizaje interactivo y el desarrollo de asistencias para completar tareas sencillas de manipulación. Se ha hecho uso de tres plataformas experimentales: el manipulador ASIBOT de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), el manipulador AMOR de Exact Dynamics y el humanoide iCub.