关于个性化刚度控制和任务特异性的用户研究：人机交互中的物理应用

理想的物理人机交互 (pHRI) 应该为用户提供易于操作、直观使用、符合人机工程学并能适应人类习惯和偏好的机器人系统。但用户行为的变化通常较大且难以预测，这阻碍了此类系统的开发。本文介绍了一种针对 pHRI 的个性化自适应刚度控制器，该控制器经过针对用户力量特征的校准，并通过对49名参与者进行的广泛用户研究验证其性能，研究涉及两项不同任务。用户研究将新方案与 KUKA LWR IVb 7 自由度的传统固定刚度或重力补偿控制器进行比较，采用两项典型的关节操作任务。结果清楚地指出，在为 pHRI 设计控制模式时，考虑任务特定参数和人类特定参数的重要性。分析表明，对于简单任务，标准的固定控制器可能表现得足够好，并且相应的任务依赖性在个体差异之上占主导地位。在更复杂的任务中，定量和定性结果显示出不同控制模式之间的差异，其中个性化自适应刚度控制器在性能提升和用户偏好方面表现出色。进一步的分析表明，可以通过考虑简化的人体模型的可操控性，将人类和任务参数结合并量化。对用户交互力量特征的分析证实了这一发现。