Network-adaptive Transport Scheme for Transparency of Force-reflecting Teleoperation

힘 반향 원격제어 시스템의 투명성을 위한 네트워크 적응형 전송 기법

In this paper, a transparency analysis and network-adaptive transport scheme are proposed in order to improve transparency of EBA-based force-reflecting teleoperation. EBA guarantees stability of force-reflecting teleoperation over network delay and loss but has limitation that it cannot overcome transparency deterioration of haptic interactions. The proposed transparency analysis quantifies the force feedback distortion caused by network delay and loss. Based on the analysis, the proposed haptic data synchronization and transmission rate control schemes adapt synchronization delay and transmission rate to current network state for more transparent haptic interaction. Through Matlab/Simulink simulations, it is confirmed that the proposed analysis provides an acceptable quantification method about haptic interaction quality and that the proposed haptic data transport scheme effectively improves haptic interaction quality with respect to network delays and losses.

본 논문은 에너지 바운딩 알고리즘 (EBA: Energy Bounding Algorithm) 기반의 힘 반향 원격 제어 시스템의 투명성을 분석하고 이를 기반한 네트워크 적응형 전송기법을 제안한다. EBA 는 양방향 원격 조작의 안정성을 확보하는 알고리즘으로 시간지연의 크기와 변동 및 손실에 상관없이 양방향 원격 조작의 안정성을 보장한다. 하지만 네트워크 지연 및 손실에 의한 투명성 저하는 EBA 로 극복하기에는 한계가 있다. 따라서 효과적인 전송기법을 이용하여 투명성을 향상시킬 필요가 있다. 제안하는 투명성 분석은 네트워크 지연 및 손실에 따른 힘 피드백의 왜곡 현상을 수식화한다. 이를 기반으로 촉감 데이터 동기화 기법 및 전송률 제어 기법의 투명성을 향상시킨다. 조작자가 요구하는 투명성 요구 조건과 현재 네트워크 상황에 맞추어 투명한 촉감 상호작용을 위한 동기화 지연 시간과 전송되어야 하는 촉감데이터량을 결정한다. Matlab 시뮬레이션을 통해서 제안한 투명성 분석의 타당성을 검증하고 촉감데이터 동기화 기법 및 전송률 제어 기법의 투명성을 확인한다.