I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   17 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 20 ,   pp .   615~ 6 28   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 7 .i 2 . pp615 - 628             615       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   Im p l i c i t   f o r c e   c o n t r o l   a p p r o a c h   f o r   sa f e   p h y si c a l   r o b o t - to - h u m a n   o b j e c t   h a n d o v e r       P ar am i n   N e r an o n   D e pa r t m e n t   o f   M e c ha n i c a l   E ng i n e e r i ng ,   F a c u l t y   o f   E ng i ne e r i ng ,   P r i nc e   o f   S o ng kl a   U ni v e r s i t y ,   T ha i l a nd       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e J a n   10 ,   2 019   R e v i s e M a y   1 ,   201 9   A c c e pt e J ul   1 ,   201 9       T hi s   r e s e a r c f o c us e s   o t he   de v e l o pm e nt   o f   t he   c o n c e pt ua l   f r a m e w o r ks   o f   hum a n - hum a i nt e r a c t i o a pp l i e f o r   a   r o bo t i c   be ha v i o ur - ba s e a p pr o a c f o r   s a f e   phy s i c a l   hum a n - r o bo t   i n t e r a c t i o n.   T h e   c o nt r o l   ha s   be e c o ns t r uc t e ba s e o u nde r s t a n di ng   t he   dy na m i c   a nd  ki ne m a t i c   b e ha v i o ur a l   c ha r a c t e r i s t i c s   o f   ho w   t w o   hum a ns   pa s s   a o bj e c t   t o   e a c o t h e r .   T hi s   ha s   e na b l e d   a   K R - 16 - K U K A   r o bo t   t o   na t ur a l l y   i nt e r a c t   w i t h   a   hum a s o   a s   t o   f a c i l i t a t e   t he   de xt e r o us   t r a n s f e r   o f   a o bj e c t   i a e f f e c t i v e   m a nne r .   I m pl i c i t   f o r c e   c o nt r o l   ba s e d   o P r o po r t i o na l   I nt e g r a l   a nd  F uz z y   L og i c   C o nt r o l   w hi c h   a l l o w s   t he   r o bo t   e nd  e f f e c t o r s   t r a j e c t o r y   t o   be   m o de r a t e b a s e o t he   a ppl i e f o r c e   i r e a l - t i m e   w a s   a do pt e d .   T he   e xpe r i m e n t a l   r e s ul t s   h a v e   c o n f i r m e t h a t   t he   qu a nt i t a t i v e   pe r f o r m a nc e   o f   t he   f o r c e - c o nt r o l l e r o bo t   i s   c l o s e   t o   t ha t   o f   t he   hum a a nd  c a be   c o ns i de r e a c c e pt a bl e   f o r   hum a n - r o bo t   i nt e r a c t i o n.   F u r t he r m o r e ,   t h e   c o nt r o l   ba s e F uz z y   L o g i c   C o nt r o l   w a s   s ho w t o   be   s l i g ht l y   s upe r i o r   pe r f o r m a nc e   c o m pa r e t o   P r o po r t i o na l   I nt e g r a l   c o nt r o l .   Ke y w or ds :   F uz z y   l o gi c   c o n t r o l   H um a n - r o b o t   i n t e r a c t i o n   Im pl i c i t   f o r c e   c o n t r o l   P r o po r t i o n a l   i n t e g ra l   c o n t r o l   S y s t e m   d y n a m i c   m o de l   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   P a ra m i N e ra n o n,     D e pa rt m e n t   o f   M e c h a n i c a l   E n gi n e e r i n g ,   P r i n c e   o f   S o n gkl a   U ni v e r s i t y ,   H a t   Y a i ,   S o n gk hl a ,   T h a i l a n d ,   90110 .   E m a i l :   pa ra m i n. n @ ps u. a c . t h       1.   I N TR O D U C TI O N     Ro bo t s   a r e   po i s e t o   f i l l   a   g r o w i n n u m b e r   o f   r o l e s   i t o da y ’s   s o c i e t y .   T h e s e   i n c l ude   v a ri o us   a ppl i c a t i o n s   i a u t o m a t e f a c t o r i e s ,   m e di c a l ,   s e r v i c e   a nd  o t h e r   f a c i l i t i e s   s i n c e   t h e y   c o n t i n ue   t o   b e   s uc c e s s f ul l y   us e t o   i m p r o v e   pr o duc t i v i t y ,   qua l i t y ,   a c c ura c y ,   a n r e l i a b i l i t y .   I n   t h e   n e xt   ge n e ra t i o n   o i n t e l l i ge n t   r o b o t s ,   i t   w i l l   b e   e xpe c t e t o   h a v e   a   l a r ge r   o pe r a t i n ra n ge   a n t o   off e r   i n c r e a s e f l e xi b i l i t y ,     a s   w e l l   a s   s h a ri n g   t h e   w o r ks pa c e   w i t h um a n s   i n   o r de t o   f urt h e i m p r o v e   pr o duc t i v i t y .   T o   a c h i e v e   s uc c e s s f ul   c o l l a bo r a t i o n,   r o b o t s   a r e   r e qui r e t o   c o l l a b o r a t e   w i t h   h u m a n s   i n   a   s a f e   a n e f f e c t i v e   m a nn e r.   H ow e v e r ,     i n   H um a n - R ob o t   In t e ra c t i o n   (H R I)  c o n t e xt ,   r o b o t s   t h e m s e l ve s   h a v e   t a ppr o p r i a t e l y   c o p e   w i t h   m a n y   c o m pl i c a t e un c e r t a i n t i e s   i nt r o duc e by   t h e   d y n a m i c   na t u r e   o t h e   h u m a n   e n v i r o n m e nt .   T hus ,   i t   i s   v e r y   c r uc i a l   t o   n e c e s s i t a t e   t h e   v e r y   c a r e f ul   de s i gn   o f   a   r o bo t   c ont r o l   s t r a t e gy   a n i t s   i m p l e m e nt a t i o n   i o r de r   t o   pr o t e c t   t h e   h u m a f r o m   t h e   ri s o f   ha r m   o i n j u r y   by   t h e   r o bot   [1 - 2].   M a n y   di ff e r e n t   t y pe s   o H R h a v e   b e e n   pr o po s e d,   a n o n e   of  t h e   c o m m o n   H R s c e n a ri o s   i s     ob j e c t   h a ndo ve r ,   w i t h   r o b o t s   us e a s   h o us e h o l a i ds   o r   a s s i s t i v e   de v i c e s   f o r   t h e   e l de rl y   o r   pa t i e nt s .   F o r   a n   i n s t a nt ,   r o bo t s   w i l l   b e c o m e   t r us t w o r t h y   h e l pe r s   o f   h um a n s   a n c a n   pe r f o r m   a   v a ri e t y   of   s e r v i c e s   a t   h o m e s   s uc h   a s   s a f e l y   a n e f fo r t l e s s l y   pa s s i n c o m m o n   o b j e c t s   o da i l y   l i fe   w i t h o ut   d r o ppi n [3] .   C a km a a nd  h i s   c o l l e a gue s   [4]  s t udi e H um a n - H um a n   I nt e ra c t i o n   (H H I),   w h i c h   a r e   a n   e s s e n t i a l   a s pe c t   o f   H R ob j e c t   ha n do v e r   a ppl i c a t i o n s   i n v o l v i n a n   a s s i s t i v e   r o b o t .   T he   m o s t   s i gni f i c a nt   h u m a p r e f e r e n c e s   w h i l s t   pe r f o r m i ng  a n   o b j e c t   h a n do v e r   t a s w e r e   a l s o   i de n t i f i e a nd  e v a l ua t e d.   P a ra s t e ga ri   a n hi s   r e s e a r c h e r s   [5]   de l i v e r e t h e   h u m a m o de l l i ng  i H H ob j e c t   h a n do v e r   w h i c h   c a p r e di c t   t h e   o b j e c t   t r a n s f e rri n po i nt   a nd  i t s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   17 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 20   :     615   -   6 28   616   t r a j e c t o r y   be fo r e   i m pl e m e nt i n g   t o   p h y s i c a l   H R ob j e c t   h a n do v e r .   S o m e   r e s e a r c h e r s   [6 - 7 c o n duc t e t h e   ob s e r v a t i o n   o f   H H ob j e c t   h a n do v e r   b e fo r e   i m pl e m e n t i n t h e   h a n do v e r   b e h a v i o ur a l   c o n t r o l   s t ra t e gy   o n   H R I.   H a n dl e r s   a n r e c e i v e r s   w e r e   e v a l ua t e i n   t e rm s   o f   g e s t ur e s   w h e n   a pp r o a c hi n g ,   c a rr y i n g ,   r e a c hi n a n t r a n s f e rr i ng.     O t h e r   r e s e a r c h e r s ,   w h o   a l s o   i n v e s t i ga t e di f f e r e n t   i s s ue s   t o   i m p r o v e   H R ob j e c t   h a n do v e r   i nt e ra c t i v e   t a s ks ,   ha v e   s t udi e h o w   a   h u m a n   a pp l i e s   g ri f o r c e   du r i ng  a n   o b j e c t   t ra n s f e r   t a s k   [8 - 9 ].     M o s t   of   t h e   c h a l l e n ge s   o f   t h e   de v e l o pm e n t   o f   t rus t w o r t h y   H R a r e   s a f e t y ,   pr e di c t a b i l i t y   a n d   us e f ul n e s s   s i n c e   i t   i s   f urt h e r   c o m pl i c a t e by   t h e   dy n a m i c   n a t u r e   o f   t h e   h u m a e n v i r o nm e n t .   T h us ,     i t   n e c e s s i t a t e s   v e r y   c a r e f ul   de s i g n   a n i m pl e m e n t a t i o n   o f   t he   r o b o t   be h a v i o ur a l   c o nt r o l   s t ra t e gy   i n   o r de r   t o   s i g n i f i c a n t l y   i m pr o v e   t h e   s uc c e s s   r a t e   o f   o bj e c t   ha n do v e r   t a s ks   a n a l s o   p r o t e c t   t h e   h u m a c o o p e r a t o r   f r o m   t h e   r i s o f   ha rm   o i n j u r y   by   t h e   r o b o t   [10].   R e e a n hi s   c o l l e a gue s   [11]  s t a t e t ha t   ha v i n g   e xa m i n e t h e   pri n c i pl e   o f   h u m a n   ha p t i c   i nt e ra c t i o n   w h e n   t w o   h um a n s   w or t o ge t h e r   i n   a   j o i n t   e f fo r t   t o   c o m pl e t e   a   s ha r e t a s i s   c r uc i a l   i n   de s i g ni n a n   e f fe c t i ve   H R s y s t e m .   A s   a e xt e n s i v e   r e v i e w ,   t h i s   b o d y   of   w o r k,   t h e r e f o r e ,   e m pha s i z e s   o n   de ve l o pi n a   r o b o t   be h a v i o ura l   c o n t r o l   s t ra t e gy   w h i c h   a l l o w s   a   r ob o t   m a n i pul a t o r   t o   be   c o n f i gur e w i t h   t h e   c a pa b i l i t y   of   ge n e r a t i n na t u r a l   a n s y n c h r o ni z e r e s po n s e s   w i t h   a   h u m a pa rt n e r   t o   f a c i l i t a t e   s a f e   a n e f f e c t i v e   c o l l a b o r a t i o n   w hi l e   pe r f o r m i ng  H R obj e c t   ha n do v e r   t a s ks .   T o   a c hi e v e   t h i s ,     t h e   b e h a v i o ura l   a n d   dy n a m i c   c ha ra c t e ri s t i c s   o f   bo t h   ha n d l e a n d   r e c e i v e r   hum a n s   w hi l e   pe r f o r m i ng  o b j e c t   ha n do v e r   t a s ks   w e r e   i ni t i a l l y   i n v e s t i ga t e b e fo r e   be i n i m p l e m e nt e o n   a   r o b o t   t o   m i m i c   t h e   s a m e   i n t e r a c t i v t a s ks   w i t h   a   hum a n   p a r t n e r.   F i na l l y ,   t h e   r o bo t ’s   pe r f o r m a nc e   w a s   t h e c o m pa r e w i t h   t h e   o ut c o m e s   o f   t h e   H H t e s t s   i n   o r de t o   a s s e s s   t h e   r o bo t   b e h a v i o ur - b a s e c o n t r o l   s y s t e m .       2.   C O N C EP TU A D ES I G N ,   TES P R O C ED U R A N D   EV A LU A TI O N   O F   H U M A N - TO - H U M A N   O BJEC T   H A N D O V ER   A s   m e n t i o n e d,   i t   i s   c r uc i a l   t o   un de r s t a n t h e   ki n e m a t i c s   a n dy n a m i c s   of   H H ob j e c t   h a n do v e r   b e h a v i o ur   i o r de r   t o   de s i g n   a n de v e l o a a pp r o p r i a t e   s e t   of   c o n t r o l   s t ra t e gi e s   f o r   r o b us t ,   b e h a v i o ur - b a s e d,   H R I.   T h us ,   t o   m i m i c   a   r e a l - w o r l o b j e c t   ha n do v e r   t a s k ,   a   s e t   o f   H H t e s t s   h a s   b e e n   u nde rt a ke n   t o   i n v e s t i ga t e   h o w   t h e   h a ndl e r   a n r e c e i ve r   b e h a v e   w h i l s t   pe r f o r m i n g   obj e c t   h a n do v e r   i n   a   r e a l   s ha r e w o r ks pa c e ,     s i m i l a r   t o   pa s s i n t h e   b a t o n   i n   a   r e l a y   r a c e .   T h e   go a l s   o f   t h e   h a ndo v e r   e xpe r i m e nt s   a r e   t o   e v a l ua t e   h u m a ph y s i c a l   c h a ra c t e r i s t i c s   i n   H H i n   t e r m s   o a H ow   t h e   h a nd l e r   a n r e c e i v e r   r e gul a t e   t h e i r   i nt e r a c t i v e   fo r c e s   w h i l s t   e xe c ut i ng  t h e   i n t e ra c t i v e   t a s ks   u n de r   di f f e r e n t   v e l o c i t i e s   a n d   m a s s e s   c o n di t i o n s ,   b H ow   t h e   h a ndl e r   r e l e a s e s   t h e   o bj e c t   t be   t r a n s f e rr e i n   a   na t u ra l   a n t i m e l y   m a nn e r,   c H ow   l o n t h e   o bj e c t   h a n do v e r   pr o c e s s   t a ke s ,   a n d   d)  H ow   m uc w o r i s   do n e   by   t h e   p a r t i c i pa nt   p a i r.   T h e   p r o v i de dy n a m i c   a n d   ki n e m a t i c   i n f o r m a t i o o f   t h e   H H c h a ra c t e ri s t i c s   i s   s ub s e que n t l y   us e i t h e   r o b o t   b e h a v i o ur - b a s e c o n t r o l   s t ra t e gi e s .   T h e   w o r ks pa c e   of   t h e   o bj e c t   ha n do v e r   t a s k   c a n   b e   di v i de i n t o   t hr e e   di s t i n c t   p h a s e s   i . e .   s e n di n g ,   t r a n s f e r   a nd  r e c e i v i n g.   A   b a t o n - t y pe   obj e c t   t o   be   t r a n s f e rr e w a s   de s i gn e t o   f a c i l i t a t e   t h e   a c c o m pl i s hm e nt   o t h e   c ha r a c t e r i z a t i o o f   t h e   ha pt i c   h um a n   dy n a m i c   i n t e r a c t i o n.   T h e   h a ndl i n i n t e r a c t i v e   fo r c e s   i n   x - y - z   a xi s     (f x,   fy   a n f z a pp l i e by   t h e   gi v e r   a n r e c e i v e r   w e r e   m e a s ure by   a n   A T m i ni 40  F / T   s e n s o r   a nd  c o l l e c t e i r e a l - t i m e   e ve r y   m s   (250  H z ).   T h e   o bj e c t   v e l o c i t y   c a n   b e   e s t i m a t e by   i n t e g ra t i ng  a n   o ut put   s i g na l   f r o m     a   D E - A CCM   a c c e l e r o m e t e r   s e n s o r.   E i g ht e e pa rt i c i p a n t s   f ro m   P r i n c e   o f   S o n gkl a   U n i v e r s i t y   w e r e   ra n do m l y   s e l e c t e a n e m pl o y e i n   t h e   h a ndo v e r   t a s ks   u n de r   di f f e r e n t   c o n di t i o n s ,   i . e .   v a r i o us   t r a n s f e r   v e l o c i t i e s   o 10,   50  a nd  100   m m / s   a nd  m a s s e s   a dde w i t t h e   l o a d   c a pa c i t y   of   0. 2,   0. a nd  1 . kg.   A   de t a i l e de s c r i p t i o n   i s   c l e a rl y   gi ve n   i n   t h e   r e s e a r c h   p a pe r   by   N e r a n o n   [ 12] .   T e s t   e v a l ua t i o n   o f   t h e   i n t e r a c t i v e   e xpe r i m e n t s   p r o v i de s   a n   u n de r s t a n d i n o f   t h e   ph y s i c a l   H H d y n a m i c   r e s po n s e s   i n   t h e   obj e c t   h a ndo ve r   t a s ks .   A dd i t i o n a l l y ,   v a r i o us   ke y   fe a t u r e s   w e r e   us e t o   b e   i n v e s t i ga t e b e fo r e   be i n i m p l e m e n t e i n   t h e   de v e l o pm e n t   o f   h um a n - l i ke   r o bo t   c o n t r o l   s t r a t e gi e s   a b l e   t o   e f fe c t i ve l y   pe r fo r m   h um a n - l i ke   f u nc t i o n s   i H R ob j e c t   h a ndo ve r .   T h e s e   c o n s i s t   o ha n dl i n i nt e r a c t i v e   fo r c e   ( f i n t p r o f i l e s   a ga i n s t   t i m e   (t ),   t h e   m a xi m u m   i nt e ra c t i v e   fo r c e   ( f m a x),   t h e   t ra n s f e r   t i m e   (T t r f ),   a nd  w o r do n e   (W ).   T h e   p r o c e s s e s   of   gra p h   n o rm a l i z a t i o a n d   c u r v e   f i t t i n w e r e   a ppl i e due   t t h e   e l i m i n a t i o n   o f   un de s i ra b l e   v a r i a t i o n s   f r o m   t h e   a c h i e v e i n t e r a c t i v e   f o r c e   da t a .   T h e   o v e r a l l   e xpe r i m e nt a l   r e s ul t s   o f   t h e   H H ob j e c t   h a ndo v e r   a r e   s u m m a r i s e i n   T a b l e   1.       3.   C O N C EP TU A F R A M EW O R K   F O R   R O BO T - TO - H U M A N   O B JEC T   H A N D O V ER   I N TER A C TI O N   Co n c e pt ua l   de s i g n   o f   H R a t t e m pt s   t o   m a xi m i z e   t h e   b e n e f i t s   of   c o l l a bo r a t i o n   b e t w e e n   a   h u m a n   a n d   a   r o b o t   t o   s uc c e s s f ul l y   a c c o m pl i s h   a n   e f f e c t i v e   o bj e c t   ha n do v e r   t a s k .   A s   de t a i l e i n   t h e   l a s t   s e c t i o n,   t h e   ha pt i c   d y n a m i c   r e s po n s e s   b e t w e e n   t h e   gi v e r   a nd  r e c e i v e r   pa r t i c i pa nt s   i n   t h e   ha n do v e r   t a s ks   w e r e   i n i t i a l l y   i n v e s t i ga t e d,   a n t hi s   o ffe r s   a   b e t t e r   u n de r s t a ndi ng  o f   t h e   dy n a m i c   a n k i n e m a t i c   H H I.   T h e s e   f i n d i n gs   w e r e   po t e n t i a l l y   us e a s   t h e   c o n c e pt ua l   f r a m e w o r fo r   t h e   r o bo t - to - h um a n   o bj e c t   h a n do v e r   t a s k.   B e h a v i o ur - b a s e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       Im pl i c i t   f or c e   c ont r o l   a ppr oac f or   Sa f e   ph y s i c al   r obot - to - h u m an  ob j e c t   hando v e r   ( P ar am i Ne r a non )   617   r o b o t i c s   c o n t r o l   e na b l e s   t h e   r o bo t   t o   t ra n s f e r   t h e   b a t o n - t y pe   de v i c e   t o   t h e   h u m a r e c e i v e r   i n   a   s a f e ,   t i m e l y   a nd  na t u ra l   m a nn e r.       T a b l e   1 .   Co m p a r i s o n s   o f   t h e   R e qui r e F e a t u r e s   i H H O bj e c t   H a n do v e r   T a s ks   u nde t h e     V a r i o us   V e l o c i t y   a n M a s s   Co n di t i o n s   T ra n s fe t i m e   ( s )   V e l o c i t y   ( mm / s )   M a s s   0 . 42kg   S D   ( s )   M a s s   0 . 82kg   S D   ( s )   M a s s   1 . 22kg   S D   ( s )   10   0 . 54   0 . 05   0 . 52   0 . 08   0 . 48   0 . 08   50   0 . 44   0 . 04   0 . 43   0 . 04   0 . 38   0 . 04   100   0 . 37   0 . 03   0 . 35   0 . 04   0 . 30   0 . 03   F o r c e   m a x   ( N )   V e l o c i t y   ( mm / s )   M a s s   0 . 42kg   S D   ( N )   M a s s   0 . 82kg   S D   ( N )   M a s s   1 . 22kg   S D   ( N )   10   0 . 85   0 . 19   1 . 46   0 . 32   2 . 26   0 . 56   50   1 . 32   0 . 28   2 . 44   0 . 41   3 . 32   0 . 41   100   2 . 43   0 . 46   2 . 79   0 . 58   3 . 63   0 . 45   W o rk   d o n e   ( m J   o r   N . mm )   V e l o c i t y   ( mm / s )   M a s s   0 . 42kg   S D   ( mJ )   M a s s   0 . 82kg   S D   ( mJ )   M a s s   1 . 22kg   S D   ( mJ )   10   1 . 9   0 . 3   2 . 9   0 . 3   4 . 1   0 . 8   50   11 . 0   1 . 6   21 . 8   2 . 5   25 . 8   3 . 2   100   34 . 3   6 . 6   38 . 6   7 . 5   42 . 4   6 . 7       3. 1 .   A   S i m p l e s D yn am i c   M e c h an i c al   M o d e l   o th e   H R I   O b j e c H an d o v e r   S ys t e m   T h i s   s e c t i o n   de s c r i b e s   t h e   s i m pl e s t   dy n a m i c   m o de l   of   t h e   r o bo t - fo r c e   c o n t r o l   s y s t e m   i n   H R ob j e c t   ha n do v e r .   T h e   c o n t r o l   s c h e m e   w a s   de s i gn e b a s e o t h e   s t udy   of   a c t i v e   c o m pl i a nt   m o t i o c o n t r o l   m e t h o ds   fo r   r i g i m a ni pu l a t o r s   s ugge s t e b y   S c h ut t e r   [ 13] .   T h e   s y s t e m   i s   i n i t i a l l y   a s s um e t o   be   a e qui v a l e n t   l um pe d - m a s s   s y s t e m ,   w h i c i s   i l l us t r a t e i F i gu r e   1 .   T h e   K U K A   K R - 16  r o bo t   i s   r e pr e s e nt e by   t h e   r i g i d   bo d y   m o de l   (m r a s s o c i a t e w i t h   a n   e ff e c t i v e   v i s c o us   da m pi ng  (b r t o   g r o und,   a n t h e   r o b o t   i t s e l f   c a n   ge n e ra t e   d ri v i n f o r c e   o f   F .   T h e   A T f o r c e / t o r que   s e n s o r   i s   m o de l l e a s   a   s p ri n a n d   da s h po t   s y s t e m   a n m o unt e b e t w e e n   t h e   r o b o t   a n t h e   r o bo t   gr i ppe r,   i n   w h i c h   t h e   s t i f f n e s s   a n v i s c o us   da m pi ng  a r e   ks   a n b s   r e s pe c t i v e l y .   T h e   r o b o t   gr i ppe r   ha s   b e e n   a dde t o   t h e   m o d e l ,   w i t h   i t s   s t i f f n e s s ,   v i s c o u s   da m p i n a n m a s s   r e p r e s e n t e a s   kg ,   b a nd  m r e s pe c t i v e l y .   T h e   h u m a n   m o de l   i s   c o n f i n e t o   t h a t   c o m po n e n t   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   w h i c h   i s   c o n t a c t e by   t h e   r o bo t   e n e ff e c t o r .   T h e   r i g i b o d y   m a s s   o f   t h e   h u m a n   w hi l e   h o l di n g   t h e   r i gi b a t o n - t y pe   obj e c t   r e pr e s e nt s   a s   m w ,   a n h i s / h e r   v i s c o us   da m pi ng  a n s t i f f n e s s   a r e   bw   a n kw   [14].   In   a ddi t i o n,   t h e   di s pl a c e m e n t s   o f   t h e   m a s s e s   (m r ,   m a n m w a r e   r e s pe c t i v e l y   de f i n e a s   xr,   xg  a n xw .     T h i s   s y s t e m   m o de l l i n g   p a r a m e t e r s   c a b e   e s t i m a t e us i ng  M A T L A B   s y s t e m   i de n t i f i c a t i o [1 5,   16]       b r m r F b s m g k s b g k g R ob ot F or c e S e ns or G ri ppe r x r x g m w b w k w x w     F i gu r e   1 .   A   dy n a m i c   m e c h a ni c a l   m o de l   o f   t h e   r o bo t - to - h u m a o b j e c t   h a ndo ve r       By   a ppl y i n N e w t o n ' s   s e c o n l a w ,   t h e   dy n a m i c   e qua t i o n s   of   t h e   ri gi b o d y   m a s s e s   (m r,   m a n d   m w w e r e   c a l c ul a t e a n d   s ub s e que n t l y   us e t o   de s i gn   o f   t h e   s t a t e s - s pa c e   r e pr e s e nt a t i o n   f o r   t h e   r o bo t   d y n a m i c   m o de l .   I t   c a b e   e xpr e s s e a s   f o l l o w s :     ̈ ( )   ( )   ( ̇ ( ) )   ( ( )   ( ) )   ( ̇ ( )   ̇ ( ) )   (1)     ̈ ( )   [ (   ) ]   [ ( ̇   ̇ ) ]   (   )   ( ̇   ̇ )     (2)     a n d   ̈ ( )   [ (   ) ]   [ ( ̇   ̇ ) ]     ̇   (3)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   17 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 20   :     615   -   6 28   618   T h e   de s i g n   o f   t h e   s t a t e s   s pa c e   f o r   t h e   dy n a m i c   m o de l   o f   t h e   r o b o t   f o r c e   c o n t r o l   s y s t e m   s pe c i f i c a l l y   r e qui r e s   t h e   c h a ra c t e ri s t i c   e qua t i o n s   a s   de f i n e b e l ow :           (   )     ̇ ( )   (4)     ̈ ( )     (   )       (           )   ̇   (   )             ̇   (   )               (   )               (   )       ( 5)           (   )     ̇ ( )   (6)     ̈ ( )         ̇         (           )   ̇               ̇                       (           )                         (7)           (   )     ̇ ( )   (8)     ̈ ( )         ̇         (           )   ̇                       (           )           (9)     In  a   v e c t o r - m a t r i x   f o r m ,   t h e   s t a t e   s pa c e   r e p r e s e n t a t i o c a n   b e   t h e n   w ri t t e a s :     0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ) ( ) ( 0 0 1 0 0 0 0 0 ) ( ) ( 0 0 1 0 0 0 ) ( 0 0 0 0 1 0 F m x x x x x x m b b m k k m b m k m b m k m b b m k k m b m k m b m k m b b m k x x x x x x dt d r w w g g r r w w g w w g w g w g g g g g g s g g s g g s g s r s r s r s r r s w w g g r r   (10)     T h e   s y s t e m   o ut put   i s   f o r m ul a t e a s   f o l l o w s :     . 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 F x x x x x x y w w g g r r   (11)     T h e   s y s t e m   t ra n s f e r   f u n c t i o n s   a r e   t h e n   c o m put e a n d   g i v e n   b y :       ( )       ( )   ( )     ( )       ( )   ( )     a nd     ( )       ( )   ( )     ( 12)     w h e r e         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       Im pl i c i t   f or c e   c ont r o l   a ppr oac f or   Sa f e   ph y s i c al   r obot - to - h u m an  ob j e c t   hando v e r   ( P ar am i Ne r a non )   619       3. 2 .   I m p l e m e n tati o n   o I m p l i c i F o r c e   C o n tr o l   A p p r o ac h   fo r   H R I   O b j e c H an d o v e r   Ro bo t   i m pl i c i t   f o r c e   c o n t r o l   i s   a   c r uc i a l   r e qu i r e m e n t   i t h e   a c h i e v e m e n t   o f   t h e   r o b o t ’s   r e a l - t i m e   p a t c o n t r o l   i n   a n y   ph y s i c a l   i nt e ra c t i o n   t a s k .   P r a c t i c a l l y ,   i t   i s   a b l e   t o   s ui t a b l y   c o n t r o l   c o m m e r c i a l   r o b o t s   us i n i m p l i c i t   f o r c e   c o n t r o l   b e c a us e   t h i s   t y pe   of   r o bo t s   h a s   b e e n   de s i g n e a s   po s i t i o n i n de v i c e s .   T h e   c o n t r o l   a pp r o a c h   p r o v i de s   t h e   f o r c e   c o n t r o l   r ul e   w h i c h   f un c t i o n s   t o   r e s po n t o   t h e   h um a n   e n v i r o n m e n t ,   t ra c t h e   de s i r e f o r c e s ,   a n d   c o m pe n s a t e   f o r   v a r i a t i o n s   i n   r o b o t   po s i t i o n i ng  a t   t h e   c o n t a c t   s u r f a c e .   T h e   a dv a n t a ge s   of  us i n t hi s   f o r c e   c o n t r o l   t e c hni que   a r e   t o   a v o i s w i t c h i ng  b e t w e e n   po s i t i o n   a n f o r c e   c o n t r o l   l o o ps ,   a n d   b o t h   po s i t i o n   a n f o r c e   c o n t r o l   a r e   ha n d l e i t h e   s a m e   C a r t e s i a n   di r e c t i o n.   H e n c e ,   i t   de l i v e r s   m o r e   r e l i a b i l i t y   a n d   s t a b i l i t y   of   t h e   H R a ppl i c a t i o n   [ 13 ,   17] .   F i gu r e   i l l us t ra t e s   a   s c h e m a t i c   o f   t h e   i m pl i c i t   po s i t i o n - b a s e f o r c e   c o n t r o l   a ppl i e f o r   H R o bj e c t   h a ndo ve r .   T y pi c a l l y ,   t h e r e   a re   t w o   m a i n   c o n t r o l   l o o ps ,   i n   w hi c h   t h e   i nn e r   a nd  o ut e r   l o o ps   r e fe r   t o   fo r c e   c o n t r o l   a n po s i t i o n   c o n t r o l   r e s pe c t i v e l y .   F o r   be t t e r   u n de r s t a n di ng,   c o n s i de r   t h e   c o n t r o l   b l o c di a g r a m .   T h e   X   a n F   a r e   v e c t o r s   r e p r e s e nt i n t h e   Ca rt e s i a n   po s i t i o n   a n o r i e n t a t i o n   a nd  Ca r t e s i a n   f o r c e   a n m o m e nt   r e s pe c t i v e l y .   T h e   S   i s   a   di a go n a l   s e l e c t i o n   m a t ri x ,   w h e r e   e a c h   e l e m e n t   b e c o m e s   a   o n e   f o r   po s i t i o n   c o n t r o l   o r   z e r o   f o r   n o   po s i t i o n   c ont r o l .   O n c e   t h e   r o bo t   i s   i n   c o nt a c t   w i t h   a   h u m a n,   t h e   i n p ut   o f   t h e   f o r c e   c o n t r o l   l o o ( Δ F )   c a n   b e   c o m put e fr o m   t h e   e rr o r   b e t w e e n   de s i r e fo r c e   (F r e f a n a c t ua l   fo r c e   v a l ue s   (F s m e a s ur e f r o m   a   m ul t i - a xi s   f o r c e / t o r que   s e n s o r.   A n   o ut put   o f   t h e   f o r c e   c o n t r o l     (o r   a   f o r c e   c o n t r o l   di r e c t i o n:   X 0F pr o v i de s   a n   e qui v a l e n t   po s i t i o n   (X 0),   w hi c h   i s   d i r e c t l y   m o di f i e by   a n   i n i t i a l   r e f e r e n c e   po s i t i o (X 0P ) .   A i n c r e m e n t a l   po s i t i o X i s   c a l c ul a t e by   s ub t r a c t i n g   X f r o m   a   c urr e nt   r o b o t   p o s i t i o n   (X ) .   C a r t e s i a c oo r di na t e s   a r e   c o n v e y e by   t h e   po s i t i o n   c o n t r o l   a n t h e n   t ra n s f e rr e di r e c t l y   t t h e   r o bo t   t o   m o di fy   i t s   t ra j e c t o r y   w i t h   a o b j e c t   e n v i r o nm e n t   po s i t i o n   (X E ) .       X S + + F o r c e   c o n t r o l S F r e f + _ F F S X 0 + _ J - 1 P o s i t i o n   c o n t r o l R o b o t   m a n i p u l a t o r + X 0 X 0 P X 0 F F S X E X X q F o r c e   C o n t r o l   D i r e c t i o n s F o r c e   s e n s o r H R I o b j e c t   h a n d o v e r     F i gu r e   2 .   P o s i t i o n - b a s e i m pl i c i t   f o r c e   c o n t r o l       F i gu r e   de pi c t s   a n   o v e r a l l   s c h e m a t i c   di a g ra m   o f   t h e   H R s ys t e m   a n h o w   t o   s p e c i f i c a l l y   i m pl e m e n t   t h e   i m p l i c i t   f o r c e   c o n t r o l   t o   t h e   r o b o t .   In   t e r m s   o f   h a r dw a r e   o f   t h e   s y s t e m ,   i t   c o n s i s t s   o f   a   6 - D O F   K U K A   K R - 16  r o b o t   a r m ,   a   K U K A - K R C2  E D 05  r o bo t   c o n t r o l l e r   a n d   a   m a nua l   c o n t r o l   pa n e l   w h i c h   a r e   a v a i l a b l e   i Ro bo t i c   L A B   a t   P r i n c e   of  S o n gkl a   U n i v e r s i t y .   A n   A T m ul t i - a x i s   fo r c e / t o r que   a n po s i t i o n   s e n s o r s   w e r e   ut i l i z e t o   de t e c t   t h e   h a n d l i ng  i n t e ra c t i v e   fo r c e   be t w e e n   t h e   h u m a n   a n r o bo t   (v i a   t h e   r o bo t ’s   e n e ffe c t o r a n o b j e c t   p o s i t i o n   r e s pe c t i v e l y .   T h e   fo r c e   c o n t r o l   s o f t w a r e   a n t h e   h o s t   P C - r o bo t   c o n t r o l l e r   c o m m u n i c a t i o v i a   a n   E t h e rn e t   po rt   us i ng  t h e   T CP / IP   p r o t o c o l   w e r e   s uc c e s s f ul l y   d e v e l o pe t hr o ug h   R obo t   o pe r a t i ng  s y s t e m   (R O S by   upda t i n g   e v e r y   m s   o r   2 50  H z .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   17 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 20   :     615   -   6 28   620   R obot  c ont r ol l e r K U K A  K R C ED 05  P r e de f i ne d r obot   s t a r t  posi t i on - + _ A T I   F / T   s e ns or G A M M A   100 A T I  F / T  i nt e r f a c e   e l e c t r oni c s   A T I  F / c ont r ol l e r F s + F s X P r ogr a m m a bl e   t r a j e c t or y pl a nne r   X K uka  K R - 16 F ref I m pl ic i t f or c e   c ont r ol   c ontr ol ba s e on P I  a nd F L C  s c he me s   F X P os i t i on d e t e c t or s R obot - to - H um a n O bj e c t   H a ndov e r   X 0 P X 0 X 0 P S U  R ob ot i c s  L A B       F i gu r e   3 .   T h e   O v e r a l l   c o n t r o l   s c h e m a t i c   d i a g r a m   de v e l o pe fo r   H R obj e c t   h a ndo ve r       3. 3 .   Ev al u ati o n   o R o b o R e al - T i m e   P ath   C o n tr o l   u s i n I m p l i c i t   F o r c e   C o n tr o l   It   w a s   n e c e s s a r y   t o   e v a l ua t e   t h e   r o b o t ’s   r e a l - t i m e   pa t h   c o n t r o l   s y s t e m   t o   e n s u r e   e ff e c t i v e   H R I   pe r f o r m a n c e ,   t h us   a   s e t   of   pr e l i m i na r y   e xpe r i m e n t s   w e r e   c a rri e o ut .   T h e   m a i n   o bj e c t i v e   w a s   t a s s e s s   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   r o b o t   r e a l - t i m e   pa t h   c o n t r o l   i n   t e r m s   of   i t s   r e l i a b i l i t y   a n a c c ura c y .   T h e   r o bo t   w a s   r e qui r e t o   m o ve   a l o n c i r c ul a r   pa t h s   o f   100,   150  a n 2 00  m m   i n   d i a m e t e r   i n   a   f i xe t i m e   pe r i o d,   w h e r e a s   i t s   m o t i o n   w a s   s i m u l a t e d   a n d   d ra w n   us i n g   1500   po i n t s   (N )   i w h i c h   t h e   s t e s i z e   i s   de f i n e by   / N .     T o   e v a l ua t e   t h e   qua nt i t a t i v e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   c o n t r o l   f un c t i o n,   t h e   r o bo t ’s   a c t ua l   po s i t i o n s   w e r e   c o m pa r e t o   t h e   de s i r e v a l ue s ,   a nd  t h e   f o l l ow i n da t a   r e c o r de a n c o m pa r e d,   na m e l y   de m a nde d,   r e c e i ve (t hr o ug h   T CP / IP a nd  a c t u a l   v a l ue s .   D e m a n de v a l ue s   of   i n c r e m e nt a l   po s i t i o n   w e r e   us e t o   m o di fy   t h e   r o b o t ’s   pa t a n w e r e   ge n e ra t e i t h e   e xt e rna l   r e a l - t i m e   L i nux  P u s i ng  M A T L A B   a nd  di r e c t l y   t r a n s m i t t e t o   t h e   K U K A   c o n t r o l l e r   v i a   a E t h e rn e t   po rt   us i ng  t h e   T CP / IP   p ro t oc o l   w i t h   a   4 m s   c y c l e   i n t e rr up t .   S ub s e que n t l y ,   r e c e i v e da t a ,   w h i c h   r e p r e s e n t   t h e   i n f o r m a t i o n   a c qui r e by   t h e   c o n t r o l l e r,   w e r e   c o m put e t o   e s t a b l i s h   a   3 - a xi s   t ra n s f o r m a t i o m a t ri x   i o r de t o   e na b l e   t h e   c h a nge s   i a c t ua l   r o bo t i c   m o v e m e n t s .           F i gu r e   4 .   R e s ul t s   f o r   a   1 00m m - d i a m e t e c i r c ul a r   p a t us i ng  K U K A   r e a l - t i m e   pa t h   c o nt r o l     (c o m pa ri s o n   o f   de m a n de d   a n d   a c t ua l   v a l ue s )       It   i s   e v i de n t   t ha t   t h e   de s i r e v a l ue s   t r a n s m i t t e t o   t h e   r o bo t   c o n t r o l l e r   v i a   t h e   T CP / IP   w e r e   f ul l y   a c hi e v e w i t h   a   de l a y   of   4m s .   T h e   t i m e   l a o f   m s   w a s   a t t ri b ut e t o   t h e   d a t a   t ra n s f e r   t i m e   b e t w e e n   t h e   R T   L i n ux  a nd  t h e   r o b o t   c o n t r o l l e r   us i n T CP / IP   c o m m u n i c a t i o n.   T h e   e xpe r i m e n t a l   r e s ul t s   s h o w   t h e   pr e s e n c e   o s pi ke s   i n   t h e   p r o f i l e s   of   t h e   a n y   c oo r di na t e s   of   t h e   r o bot ,   a s   s h o w n   i n   F i g u r e s   a n ( r e p r e s e n t i n t h e   z o o m e a r e a ).   W h i l e   t h e   de s i r e a n y   pa t h   v a l ue s   r e c e i ve t hr o ugh   T CP / IP   c o m m u ni c a t i o n   w e r e   s m oo t h ,   t h e   a c t ua l   a n y   v a l ue s   s h ow e pr o n o un c e s pi ke s   o n   t h e   t r a j e c t o r i e s ,   b ut   fo r   o n l y   s a m pl e   pe ri o d.     T h e s e   h a v e   b e e n   a t t ri b ut e t o   m o m e n t a r y   e r r o r s   o c c urr i ng  duri n e xe c ut i ng  of   t h e   r e a l - t i m e   c o n t r o l   c o m m a n d   t o   i n i t i a t e   t h e   i n c r e m e nt a l   t ra n s i t i o n   f r o m   o n e   l o c a t i o n   t o   t h e   n e xt ,   l a r ge l y   a s   a   r e s ul t   o f   a t t e m pt i n t o   r u n   a t   m s   upda t e   r a t e .   It   c a n   b e   s a i t h a t   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   r o bo t i c   c o n t r o l   de t e r i o ra t e a t   h i g h e v e l oc i t i e s   of  gr e a t e t ha 50   m m / s ,   w h e r e   r e c o r de po s i t i o n   e rr o r s   i ndi c a t e l a r ge v a r i a t i o n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       Im pl i c i t   f or c e   c ont r o l   a ppr oac f or   Sa f e   ph y s i c al   r obot - to - h u m an  ob j e c t   hando v e r   ( P ar am i Ne r a non )   621   A   c a r e f ul   o b s e r v a t i o n   o f   t h e   s y s t e m   r e v e a l e t h a t   a n y   a t t e m p t   t o   f urt h e i n c r e a s e   t h e   s a m p l i ng  ra t e   o t h e   r e a l - t i m e   p a t h   c o nt r o l   s y s t e m   do e s   n o t   l e a t o   a n   e nh a n c e pe r f o r m a n c e ;   h o w e v e r ,   t hi s   r e s ul t e i a   m uc h   hi g h e r   f r e que n c y   of   t h e s e   e rr o r s ,   a nd  t h e r e f o r e   i t hi s   a p pl i c a t i o n,   i t   w a s   de c i de t o   m a i nt a i t h e   da t a   s a m pl i n g   r a t e   a t   m s .           F i gu r e   5 .   R e s ul t s   f o r   a   1 00m m - d i a m e t e c i r c ul a r   p a t us i ng  K U K A   r e a l - t i m e   pa t h   c o nt r o l     (c o m pa ri s o n   o f   de m a n de d   a n d   a c t ua l   v a l ue s )       T h e   o ve r a l l   r e s ul t s   i n d i c a t i n t h e   o ve r a l l   a v e r a ge   a nd  c o rr e s po n di n s t a nda r d   de v i a t i o n s   o f   t h e   x - po s i t i o n   e rr o r s   w hi l s t   d ra w i n g   t h e   c i r c ul a r   pa t h s   100 ,   1 50  a nd  200  m m   i d i a m e t e a r e   s u m m a r i z e i T a b l e   a n F i gu r e   6.   T h e   m e a n   e rr o r s   o f   t h e   a n y   a xe s   s l i ght l y   i n c r e a s e a n v a r i e f r o m   a   m i ni m um   o f   0. 46%  a n 1. 57%  up  t o   a   m a x i m um   o f   2. 82%  a n 2. 64 r e s pe c t i ve l y .   A ddi t i o n a l l y ,   t h e   s t a nda r de v i a t i o n s   o f   t h e   t w o   di m e n s i o n s   w e r e   i n   t h e   r a nge   o f   0. 35 - 0. 53  m m .   A c c o r di n t o   t h e   r e s ul t s ,   i t   c a n   b e   c o n c l ude t ha t   t h e   pe r f o r m a n c e   of   K U K A   r e a l - t i m e   c o n t r o l   i n   pa t h   m o di f i c a t i o n   c a n   b e   a c c e pt a b l e   fo r   t h e   r o bo t   o bj e c t - to - h u m a o b j e c t   h a n do v e r ;   h o w e ve r ,   i f   y o w a n t   t o   i m p r o v e   t he   pa t h   c o n t r o l   pe r f o r m a n c e ,   i t   c a n   b e   a c hi e v e b y   de c r e a s i n t h e   r o b o t ’s   e n d - e ff e c t o r   v e l o c i t y .       T a b l e   2 .   M e a n s   a n d   S t a n d a r d   D e v i a t i o n s   P e r c e nt a ge   E rr o r   f or  x - y   a xe s   T e s t   Ci rc l e   o 5 0 m m   d i a m e t e r   Ci rc l e   o 7 5 m m   d i a m e t e r   Ci rc l e   o 1 0 0 m m   d i a m e t e r   M e a n   ( % )   S D   ( % )   M e a n   ( % )   S D   ( % )   M e a n   ( % )   S D   ( % )   x - a x i s   0 . 46   0 . 44   0 . 84   0 . 43   2 . 8 2   0 . 3 9   y - a x i s   1 . 5 7   0 . 47   1 . 7 0   0 . 35   2 . 9 5   0 . 53           F i gu r e   6 .   M e a n s   a nd  s t a n d a r d   de v i a t i o n s   o f   t h e   pe r c e nt a ge   o e rr o r   f o r   x - y   a xe s ,     w h i l e   d ra w i ng  c i r c ul a r   pa t h s   10 0,   150   a nd  200  m m   i n   di a m e t e r   r e s pe c t i v e l y       3. 4 .   I m p l e m e n tati o n   o P I   an d   F LC   S c h e m e s   to   I m p l i c i t   F o r c e   C o n tr o l   A f t e r   r e v i e w e d,   r e s e a r c h e r s   s ugge s t e t h a t   t h e   po s i t i o n - b a s e fo r c e   c o n t r o l   i s   e a s i l y   i m pl e m e nt e o n   v a r i o us   t y pe s   o f   c o m m e r c i a l   r o b o t   c o n t r o l l e r s   a nd  i t   i s   a l s o   a b l e   t o   b e   a ppr o pri a t e l y   a s s oc i a t e w i t h   s i m p l e   c o n t r o l   s c h e m e s   s uc h   a s   r o b us t   P I,   P ID   o r   F L a l go ri t hm s .   T h e r e f o r e ,   i n   t hi s   s t udy ,   i t   w a s   de c i de t o   i n i t i a l l y   a ppl y   i m p l i c i t   f o r c e   c o n t r o l   b a s e o P c o n t r o l   t o   p r o v i de   t h e   s m a l l e s t   po s s i b l e   e r r o r .   T h e   P I   c o n t r o l l e r   i s   pr e f e r a b l e   t o   P ID   c o n t r o l   s i n c e   t h e   de r i v a t i v e   t e r m   i s   m o re   s e n s i t i v e   t o   n o i s e ,   a n d   t hi s   c o ul i n t r o duc e   a   de s t a b i l i z i n e f fe c t   o n   t h e   r o b o t   m a ni pul a t o r .   H ow e ve r ,   t h e   o pt i m i z e P c o n t r o l l e r   ha s   s o m e   di s a dv a n t a ge s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   17 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 20   :     615   -   6 28   622   w h e n   i t   de a l s   w i t h   n o n - l i n e a r   b e h a v i o ura l   p r o b l e m s   s uc h   a s   h i g h   s t a rt i ng  o ve r s h o o t ,   s e n s i t i v i t y   t o   c o n t r o l l e r   ga i n s   a nd  s t e a dy - s t a t e   e r r o r .   A c c o r di n t o   t h e   c o m pl i c a t e d y n a m i c   na t u r e   o f   h um a n   b e ha v i o ur ,   F L C,   w hi c h   ha s   a   hi g h e r   c a p a b i l i t y   i n   de a l i ng  w i t n o n - l i n e a dy n a m i c   r e s p o n s e s ,   w a s ,   t h e r e f o r e ,   a do pt e [ 18 - 19] .     A   c o m pa ri s o n   o f   ov e r a l l   H R qua l i t a t i v e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   c o n t r o l   s c h e m e s   w a s   i n v e s t i ga t e d .   F i gu r e   i l l us t r a t e s   h o w   i m pl i c i t   f o r c e   c o n t r o l   b a s e o n   P a n F L s c h e m e s   c a n   b e   de ve l o pe a n i m p l e m e n t e t o   a   r o b o t i c   be h a v i o ur - b a s e a pp r o a c f o r   s a f e   p h y s i c a l   H R ob j e c t   h a ndo ve r .       1 Z N f d 0 I : M u l t i - a x i s F o r c e   s e n s o r 1 Z k e k de 1 k U k U k U E n c o d e r s ( a c t u a l   p o s i t i o n ) - + + + - + s f + - P r o p o r t i o n a l   I n t e g r a l   o r F u z z y   L o g i c C o n t r o l l e r s 1 Z P : 1 Z k e k de 1 k U k U k U + - P r o p o r t i o n a l   I n t e g r a l   o r F u z z y   L o g i c C o n t r o l l e r s O u t e r   l o o p :   R o b o t   f o r c e   c o n t r o l I n n e r   l o o p :   R o b o t   p o s i t i o n   c o n t r o l K u k a   K R   C 2 C o n t r o l l e r H R I     F i gu r e   7 .   S c h e m a t i c   d i a g r a m   o f   fo r c e   c o n t r o l   b a s e o n   t h e   P I   o r   F L C   c o n t r o l l e r s       Z i e gl e r - N i c h o l s   m e t h o w a s   us e t o   de t e r m i n e   t h e   o pt i m i z e P f o r c e   c o n t r o l ’s   ga i n   p a r a m e t e r s ,     a s   i t   s t ri v e s   t o   ke e t h e   s y s t e m   ov e r s h o o t   r e s po n s e   t o   a   m i n i m um   a nd  a t   t h e   s a m e   t i m e   t o   p r o v i de   r a p i r e s po n s e .   T o   c o n f i rm   t h e   a pp r o p r i a t e n e s s   of   t h e   o pt i m i z e d   ga i n s ,   f a s t   F o ur i e r   t ra n s f o r m   (F F T w a s   t h e n   a ppl i e t o   i n d i c a t e   t h e   s m a l l e s t   o s c i l l a t i o n   m o de ra t i ng  i t h e   i nt e ra c t i v e   fo r c e   s i gna l .   A s   pr o po s e b y   N e r a n o n   [12] ,   a   s e t   o f   e xpe r i m e n t s   w a s   c a rri e o ut   t o   i de nt i fy   K a n T pa ra m e t e r s ,   a n us i n Z i e gl e r - N i c h o l s   t e c hni que   a pp r o p r i a t e l y   pr o v i de t h e   p r o po r t i o n a l   g a i n   (K p)   o f   0. 35  a n i n t e g ra l   ga i n   (K i o f   0. 05  f o r   t h e   i nn e r - l o o po s i t i o n   c o n t r o l ,   a n t h e   ga i n   K o f   0. 35  a nd  ga i n   K i   o f   0. 05  w e r e   s ui t a b l y   a c h i e v e fo r   t h e   o ut e r - l o o fo r c e   c o n t r o l   s c h e m e .   O n c e   t h e   P ga i n s   h a v e   be e n   s t ra t e gi c a l l y   a c h i e v e d,   s u b s e que n t l y   t h e   de s i gn   of   t h e   F L s y s t e m   i s   t a ke n   i nt o   c o n s i de r a t i o n.   T hi s   s e c t i o n   pr e s e nt s   t h e   i m pl e m e n t a t i o n   o f   t h e   i m p l i c i t   f o r c e   c o n t r o l   a pp r o a c h   b a s e o n   F L f o r   o b j e c t   h a n do v e r .   T h i s   c ont r o l   a l go r i t hm   i nt r o duc e by   Z a de h   i s   n o rm a l l y   us e t c o n t r o l   n o n - l i n e a r   o r   c o m pl e s y s t e m s   us i n ‘I F - T H E N ’  r ul e s .   T h e   f uz z y   i n f e r e n c e   e m ul a t e s   de c i s i o n - m a ki n b y   a ppl y i n t h e   r ul e   b a s e ,   a n t h e   de f uz z i f i c a t i o n   p r o c e s s   i s   a ppl i e t o   c o n v e r t   t h e   r e s ul t s   i n t o   a   f uz z y   o ut put .   T h e   c ri s s e t s   of  t h e   f uz z y   i n pu t s   a n o ut put s   h a v e   t o   b e   c o n v e r t e i nt o   l i n gui s t i c   fo r m s   us i n f uz z y   m e m be r s hi f un c t i o n s   [20] .   I n   t hi s   s t udy ,   t h e   i n p ut   a nd  o ut put   v a r i a b l e s   of   f o r c e   a n po s i t i o n   c o n t r o l   w e r e   n o r m a l i z e i nt o   f i ve   a n s e v e n   l i n gu i s t i c   l e v e l s   r e s pe c t i v e l y .   T h e   f uz z y   r ul e - b a s e s y s t e m s   a r e   s t ra t e gi c a l l y   de ve l o pe a n d   p r e s e nt e i T a b l e s   3(a )   a n 3(b ).       T a b l e   3 .   F u z z y   r u l e   B a s e s   D e s i gn e f o r   t h e   I m pl i c i t   F o r c e   C o n t r o l   A pp r o a c h   (a O u t e r   ro b o t   fo r c e   c o n t r o   In n e r   ro b o t   p o s i t i o n   c o n t ro l   e   de   NL   NS   ZE   PS   PL   NL   NS   ZE   PS   PL   NL   NL   NL   ZE   PS   PM   NL   NL   NS   NS   ZE   NS   NL   NL   ZE   PM   PL   NL   NM   ZE   ZE   PS   ZE   NL   NL   ZE   PL   PL   NM   NS   ZE   PS   PM   PS   NL   NM   ZE   PL   PL   NS   ZE   ZE   PM   PL   PL   NM   NS   ZE   PL   PL   ZE   PS   PS   PL   PL       T a b l e   4 Co m pa r i s o n s   o f   t h e   A v e ra ge   V a l ue s   a nd  S t a n d a r d   D e v i a t i o n s   of   f max T t r f   a n d   W   T ra n s fe v e l o c i t y   ( mm / s )   H u m a n - h u m a n   o b j e c t   h a n d o v e t a s k   Ro b o t - to - h u m a n   h a n d o v e t a s k   Ro b o t   P I   fo rc e   c o n t r o l   Ro b o t   F L fo r c e   c o n t ro l   W o rk   d o n e / s t d   ( mJ )   T i m e / s t d   ( s )   F o r c e / s t d   ( N )   W o rk   d o n e / s t d   ( mJ )   T i m e / s t d   ( s )   F o r c e / s t d   ( N )   W o rk   d o n e / s t d   ( mJ )   T i m e / s t d   ( s )   F o r c e / s t d   ( N )   10   2 . 5 / 0 . 3   0 . 6 / 0 . 06   1 . 0 / 0 . 16   4 . 6 / 0 . 8   0 . 7 / 0 . 05   1 . 3 / 0 . 21   3 . 5 / 0 . 6   0 . 6 / 0 . 07   1 . 2 / 0 . 13   50   14 . 3 / 1 . 6   0 . 5 / 0 . 03   1 . 6 / 0 . 28   36 . 3 / 4 . 0   0 . 6 / 0 . 07   2 . 4 / 0 . 38   27 . 6 / 2 . 3   0 . 5 / 0 . 06   2 . 1 / 0 . 19   100   44 . 5 / 6 . 6   0 . 4 / 0 . 03   2 . 9 / 0 . 59   150 . 8 / 9 . 9   0 . 5 / 0 . 06   5 . 4 / 0 . 54   107 . 2 / 7 . 5   0 . 5 / 0 . 05   4 . 4 / 0 . 45   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       Im pl i c i t   f or c e   c ont r o l   a ppr oac f or   Sa f e   ph y s i c al   r obot - to - h u m an  ob j e c t   hando v e r   ( P ar am i Ne r a non )   623   4.   S A F ETY   I S S U I N   R O BO T - TO - H U M A N   O BJEC T   H A N D O V ER   S a f e t y   i s   a   ke y   i s s u e   i n   H R a n o n e   of   t h e   pr i n c i pa l   c h a l l e n ge s   i n   t h e   de v e l o pm e n t   o f   t h e   H R I   ob j e c t   h a ndo v e r   t a s b e c a us e   a n y   f a i l ur e s   w h i c o c c ur   m i g ht   b e c o m e   v e r y   c r i t i c a l .   H e n c e ,   t hi s   s e c t i o n   pr o po s e s   t h e   h a rdw a r e   a n s o f t w a r e   s a f e t y   i s s u e s   i n   H R I,   w h i c h   ha v e   b e e n   gi v e n   due   c o n s i de r a t i o n   [21] .   F i r s t l y ,   a   s a f e gua r de z o n e   [22]  w a s   i n t r o duc e t o   c o n duc t   a   s a f e t y   s t r a t e gy   i n   t h e   H R t e s t .   If   a n   una ut h o r i s e h u m a e n t e r s   t h e   s a f e gua r de z o n e ,   t h e n   t h e   rob o t   w i l l   i ni t i a t e   a n   i m m e di a t e   e m e r ge n c y   s t o p.   T h e   r o bo t   w o r ki n a r e a   w a s   a l s o   o pt i m i z e t o   m i ni m i z e   t h e   ri s o f   a n   i n j u r y .   S t a n d - a l o n e   a n m a nua l   c o n t r o l   pa n e l   (M CP )   e m e rge n c y   s t o b ut t o n s   w e r e   us e t o   b e   m a n ua l l y   a c t i v a t e by   t h e   h u m a o pe r a t o r   w h e n   a c c i de n t s   a r e   de t e c t e d.   A ddi t i o na l l y ,   t h e   s pe e of   t h e   r o bo t   e n e ff e c t o r   a l l o w e i n   t h e   t e s t   w a s   l i m i t e t 150m m / s .   A n o t h e r   ke y   s a f e t y   fe a t u r e   w a s   d e v e l o p e b a s e o n   c o n t r o l   s of t w a r e ,   w h i c h   i s   m a de   up  of   a   t i m e o ut   a s s i g n e f o r   t h e   s e ri a l   a nd  T CP / IP   c o m m u n i c a t i o n.   T h e   w a i t s   f o r   da t a   t ra n s f e r   w a s   i m p l e m e n t e d;     i f   t h e   t r a n s m i s s i o n   ha s   n o t   b e e n   c o m pl e t e y e t   a f t e r   t h e   t i m e o ut   h a s   e l a ps e d,   t h e n   a l l   c o m m u n i c a t i o n   w i l l   be   i m m e di a t e l y   t e r m i na t e d.   M o n i t o r i ng  t h e   i n t e r a c t i v e   fo r c e   f e e db a c s i gn a l   b e t w e e n   t h e   r o bo t   a nd  t h e   h u m a w a s   a l s e s t a b l i s h e d .   T hr e e   s a fe t y   t h r e s h o l ds   fo r   a l l   h a ndl i n i nt e r a c t i v e   fo r c e   s i gna l s   i n   t hr e e   di m e n s i o n s   w e r e   i n di v i du a l l y   de f i n e a n If   o n e   o r   m o r e   f o r c e   da t a   (f x,   fy   a n f z a r e   gr e a t e r   t ha n   t h e   t hr e s h o l (f t hr)  v a l ue s ,   t h e n   t h e   r o b o t   w i l l   b e   s udde n l y   o pe r a t e t o   r e l e a s e   t h e   o b j e c t   i n   o r de r   t o   e n s ur e   t h e   s a f e t y   of   t h e   h u m a p a r t i c i pa nt ,   a n d   a l l   r o bo t   f un c t i o n s   w i l l   b e   a l s o   t e rm i n a t e d.       5.   EV A LU A TI O N   O F   I M P LI C I F O R C C O N TR O L   F O R   R O BO T - TO - H U M A N   O BJEC T   H A N D O V ER   T h i s   s e c t i o n   p r e s e n t s   t h e   e v a l ua t i o n   o t h e   pe r f o r m a n c e   o t he   H R ob j e c t   h a n do v e r   t a s ks   i n   o r de r   t o   c o n duc t   a   qua n t i t a t i v e   a s s e s s m e n t   of   t h e   s y s t e m ’s   pe r fo r m a n c e   c o m pa r e t o   t h a t   o t h e   H H I   h a n do v e r .   M o r e ov e r ,   a   que s t i o nn a i r e   t e c hni que   w a s   us e i n   o r de r   t o   g a t h e r   i n f o r m a t i o n   f r o m   t h e   s e l e c t e pa r t i c i pa nt s   c o n c e r ni n t h e i r   e v a l u a t i o n s   o f   t h e   r o b o t   c o n t r o l   s y s t e m .   T h e   t e s t   p r o c e dur e   fo r   r o b o t - to - h um a n   o b j e c t   ha n do v e r   pe r m i t s   t h e   r o bo t   a s   a   gi ve r   t o   t r a n s f e r   t h e   ob j e c t   t t h e   h u m a n   r e c e i v e r   un de r   t h e   p r o po s e d   c o n di t i o n s .   L i ke w i s e ,   t h e   H H a n a l y s i s ,   t h e   i nt e ra c t i v e   t a s i s   c a t e go r i z e i nt o   t hr e e   p h a s e s :   s e n di ng,   t r a n s f e rr i ng  a n r e c e i v i n p h a s e s .   C ha n g i n t h e   di f f e r e n t   re qui r e c o n di t i o n s   i n   t h e   ha n do v e r   t a s l e t c o r r e s po n di ng  c ha n ge s   i n   f m a x ,   T t r f   a n W .   T h e   s a m e   g r o up  o t h e   s e l e c t e pa rt i c i p a n t s   w e r e   r e qui r e t o   pa r t i c i pa t e   i t h e   H R t e s t s .         5. 1 .   Te s R e s u l ts   an d   D i s c u s s i o n   o R ob o t - to - H u m an   O b je c t   H an d o v e r   A   s e t   of   t h e   H R t e s t s   w a s   un de r t a ke n   t o   p r o v i de   a   c o m pa ri s o n   o f   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   r o b o t   t h u m a n   b e ha v i o ur .   O w i n t o   t h e   i n v e s t i ga t i o n   o f   t h e   H H r e s ul t s ,   t h e   gra p h   t r e nds   of   i n t e ra c t i v e   fo r c e   pr of i l e s   c a rri e o ut   f r o m   a l l   de s i r e s c e n a ri o s   a r e   q ui t e   s i m i l a r.   Co n t ra s t l y ,   t h e   f m a a n W   p a ra m e t e r s   a c h i e v e f r o m   H H a r e   p r o po r t i o n a l   t o   m a s s e s   a dde t o   t h e   b a t o n - t y pe   obj e c t   w h e r e a s   t h e   t e r m   o f   T t r f   i s   s l i g h t l y   i n v e r s e l y   pr o po r t i o na l   t o   t h e   a dde m a s s .   T o   a v o i f ur t h e r   c o m pl i c a t e a n a l y s i s   i n   H R I,   h e n c e ,   t h e   t o t a l   o b j e c t   m a s s   o 0. 42  kg  o nl y   w a s   s p e c i f i c a l l y   t e s t e a t   t h e   de m a n de v e l oc i t i e s   o f   10,   5 a n 10 m m / s ,   s o   t h a t   a   g r e a t e v a r i e t y   of   ob j e c t   l o a ds   c a n   b e   i gn o r e d .   A c c o r di n t o   t h e   H R e xpe r i m e n t a l   o ut c o m e s ,   i t   p r e s e nt s   t h e   t i m e - do m a i n   p r o f i l e s   of   t h e   i n t e r a c t i v e   fo r c e   be t w e e n   t h e   r o bo t   a n h u m a n - b a s e o n   P a nd  F L i m p l i c i t   f o r c e   c o n t r o l .   A ga i n ,   t h e   p r o c e s s   of   gr a p h   n o r m a l i z a t i o n   a nd  c ur v e   f i t t i n w e r e   i m pl e m e nt e d,   a nd  3 σ   w a s   s t a t i s t i c a l l y   c o m put e d.   M A T L A B   w a s   us e t de t e r m i n e   t h e   t e s t   r e s ul t s   s um m a r i z e i n   T a b l e   4.     T h e   e v a l ua t i o n   o f   t h e   r o b o t - to - h um a n   o b j e c t   h a ndo ve r   c a n   b e   a dd r e s s e a s   t h e   t ra n s f e r   t i m e s   (T t r f a r e   r e duc e w i t h   a n   i n c r e a s e   i n   v e l o c i t y   fo r   a l l   s c e na r i o s ,   w i t h   t h e   t ra n s f e r   t i m e   i t h e   H H t a s ks   t h e   f a s t e s t   c o m pa r e t o   t h o s e   of   P a n F L C.   H ow e v e r ,   t h e   t ra n s f e r   t i m e s   w i t h   F L a r e   s l i g h t l y   qui c ke r   t h a t h o s e   of  w i t h   P I.   A c c o r di n t o   t h e   a v e r a ge   f m a x ,   t h e s e   v a l ue s   v a ry   w i t h   o b j e c t   t r a n s f e r   v e l o c i t y .   G e n e r a l l y ,   t h e   i n t e r a c t i v e   fo r c e   i n c r e a s e s   w i t h   i n c r e a s i n de m a n de v e l oc i t y ,   w h e r e a s   t h e   m a g n i t ude s   of   fo r c e   i n   t h e   H H I   t e s t s   a r e   a g a i n   t h e   s m a l l e s t   v a l ue s   f o r   a l l   c a s e s ,   fo l l ow e by   H R w i t h   F L a n t h e n   H R w i t h   P I.   T h e   w o r do n e   (W c a n   b e   ob s e r v e t h a t   t h e   t r e n ds   f o r   W   a n f m a a r e   qui t e   s i m i l a r,   w h e r e   t h e   a m o unt   o w o r do n e   s i g n i f i c a n t l y   i n c r e a s e   w i t h   hi g h e r   de m a nde v e l oc i t y .   A ga i n,   i t   c a b e   c o n c l ude t h a t   t h e   t e s t   pe r f o r m a n c e   a c hi e v e by   H H t a s ks   i s   b e t t e r   t h a t ha t   o f   H R w i t h   e i t h e r   P I   o r   F L C ,   a nd  f urt h e r m o r e ,   t h e   w o r do n e   i H R w i t h   F L C   i s   a l s o   s l i g h t l y   l ow e r   t h a t ha t   o f   P c o n t r o l .     5. 2 .   F r e q u e n c D o m ai n   A n al ys i s   o H u m an - R o b o H an d o v e r   Tas k   F r e que n c y   d o m a i n   a na l y s i s ,   b y   w a y   of   t h e   f a s t   F o ur i e r   t r a n s f o r m   (F F T ) ,   w a s   us e t o   i de n t i fy   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   r o bo t   fo r c e   a n v e l o c i t y   c o n t r o l   i n   t h e   H R t a s ks .   T h e   F F T   a n a l y s i s   t e c h n i que   h a s   b e e n   a ppl i e i n   m a n y   e n gi n e e r i ng  a p pl i c a t i o n s   [23] .   I n   t hi s   s t udy ,   F F T   w a s   e m pl oy e t o   d e t e r m i n e   c h a nge s   i n   t h e   pow e r   s pe c t r um   o f   t h e   H R s y s t e m ,   a n w h e n   t h e   r o bo t   m a ni pul a t o r   w a s   c o n t r o l l e us i n g   P a nd  F L f o r c e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   17 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 20   :     615   -   6 28   624   a n v e l o c i t y   c o n t r o l   s c h e m e s .   F r o m   t h e   e xpe r i m e n t a l   r e s ul t s   s h o w i n t h e   F F T   a n a l y s i s   r e s ul t s   o f   t h e   o s c i l l a t i o n   m o de r a t i n i n   t h e   i n t e r a c t i v e   fo r c e   s i gn a l s .   A n   F F T   w a s   a ppl i e t o   e xt r a c t   t h e   n o i s e   f r e que n c i e s ,   w h i c h   w e r e   us e d   t c o m pa r e   a n e v a l ua t e   t h e   qua l i t a t i v e   pe r f o r m a n c e   of  t h e   r o bo t   b a s e o n   t h e   P a n F L C   s c h e m e s   a t   v a ri o us   o bj e c t   t ra n s f e r   s pe e ds .   T h e   f o l l o w i n e xa m pl e s   s h o w   h ow   t h e   pe r f o r m a n c e   i n   t e rm s   o f   t h e   r o b o t   fo r c e   a n v e l oc i t y   c o n t r o l   c a n   b e   e v a l ua t e us i n F F T   a n a l y s i s   w h e r e   t h e   r o b o t   pa s s e d   t h e   o bj e c t   t t h e   h u m a a t     a   v e l o c i t y   of   100m m / s .   F i gu r e s   ( a   a nd  c i l l us t r a t e   t h e   a c t ua l   i n t e ra c t i v e   fo r c e   t ra j e c t o r i e s   du ri n g   t h e   t r a n s f e r   p ha s e   us i n P a n F L f o r c e   c o n t r o l .   T o   a pp r o p r i a t e l y   i de n t i f y   t h e   n o i s e   s i gna l ,   a   h i g h - pa s s   f i l t e r   (H P F w i t h   a   c ut - o f f   f r e que n c y   a t   10H z   w a s   us e t o   f i l t e t h e   da t a .   T h e   r e s ul t s   o f   t h e   F F T   a n a l y s i s   a r e   pl o t t e i F i g u r e s     (b   a n d   d),   w h e r e   t h e   m a x i m um   po w e r   s pe c t ra l   de n s i t y   of   P c o n t r o l   i s   a pp r o xi m a t e l y   49. 8N a t   a   f r e que n c y   of   28. 66H z .   W h e n   t h e   r o b o t   w a s   c o n t r o l l e us i n g   F L C,   a   c o rr e s po n di n s e t   o r e s ul t s   c a n   b e   s e e n   t o   r e duc e   t h e   m a g ni t ude s   o f   t h e   f i l t e r e n o i s e   s i g n a l   i n   t h e   s y s t e m .   A l s o ,   t h e   m a x i m um   pe a o f   t h e   po w e r   s pe c t r um   i s   r e duc e t o   20 . 81N 2   a t   t h e   f r e que n c y   of   26. 52H z .           (a A c t u a l   f o r c e   pr o f i l e   (P I)       (b P ow e r   s pe c t r um   (P I)               (c A c t ua l   f o r c e   pr o f i l e   (F L C)       (d)  P o w e r   s pe c t r um   (F L C)     F i gu r e   8 .   A c t u a l   f o r c e   pr o f i l e s   a n F F T   a n a l y s i s   fo r   H R us i n g   P (a - b a n d   F L (c - d)  c o nt r o l       T h e   e v a l ua t i o n   o f   t h e   r o b o t   p e r f o r m a n c e   fo r   a l l   de m a n de v e l o c i t y   c o n di t i o n s   i n   t h e   r o bo t - to - h um a ha n do v e r   t a s ks   b a s e d   o n   P a n F L a l go r i t h m s   i s   s um m a ri s e i n   T a b l e   5.   T h e   r e s ul t s   a r e   e xpr e s s e a s   t h e   f r e que n c i e s   o f   t h e   m a xi m u m   po w e r   s pe c t ra l   de n s i t i e s   de l i v e r e a c c o r di n t o   t h e   p r o po s e c o n di t i o n s ,   w hi c v a r i e s l i g ht l y   i t h e   r a n ge   o f   a pp r o xi m a t e l y   15 - 34H z .   T h e s e   do m i n a nt   f r e que n c i e s   w e r e   c o n duc t e f r o m   t h e   d y n a m i c s   o f   t h e   r o bo t   fo r c e   c o n t r o l   s y s t e m .   A c c o r di n t o   t he   r e s ul t s ,   t h e   m a g n i t ude s   o f   t h e   m a xi m um   po w e r   s pe c t r um   o f   t h e   f i l t e r e d a t a   w e r e   e xa m i n e t o   de t e r m i n e   t h e   o s c i l l a t i o n s   o f   t h e   n o i s e   s i gna l   f o r   e a c h   s c e n a r i o .   F L pr o v i de a   b e t t e r   qua l i t a t i v e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   r o bo t   i n   a l l   r o b o t - to - h um a n   h a n do v e r   t a s ks .     A   c o m pa ri s o n   o f   t h e   po w e r   s pe c t ra l   de n s i t i e s   us i ng  F L a nd  P c o n t r o l   s h o w s   t ha t   t h e   v a l ue s   o f   t h e   po w e r   s pe c t r um   w e r e   r e s pe c t i v e l y   5. 4,   24. 3   a n d   28. 6N f o r   F L C,   a n d   7. 7 ,   3 4. a n 42. 5N f o r   P c o n t r o l .   I t   c a n   b e   c o n c l ude t ha t   t h e   f uz z y   l o gi c   fo r c e   c o n t r o l   m e t h o i s   m o r e   e ffe c t i ve   i n   gi v i n e nha n c e s t a b i l i t y   a n g r e a t e ov e r a l l   qu a l i t a t i v e   pe r f o r m a n c e   i t h e   s y s t e m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.