論文の概要: Wireless Human-Machine Collaboration in Industry 5.0

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.14153v1
• Date: Fri, 18 Oct 2024 03:44:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-21 14:23:51.568745
• Title: Wireless Human-Machine Collaboration in Industry 5.0
• Title（参考訳）: 産業5.0におけるワイヤレス人間・機械の連携
• Authors: Gaoyang Pang, Wanchun Liu, Dusit Niyato, Daniel Quevedo, Branka Vucetic, Yonghui Li,
• Abstract要約: ワイヤレス・ヒューマン・マシン・コラボレーションは産業5.0にとって重要な進歩である。 安定性解析は、閉ループ系がモデルランダム性の下でどのように振る舞うかを証明している。 本稿では,マシンと人体制御のための2つの無線ループを組み込んだ基本WHMCモデルを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 75.78721184383897
• License:
• Abstract: Wireless Human-Machine Collaboration (WHMC) represents a critical advancement for Industry 5.0, enabling seamless interaction between humans and machines across geographically distributed systems. As the WHMC systems become increasingly important for achieving complex collaborative control tasks, ensuring their stability is essential for practical deployment and long-term operation. Stability analysis certifies how the closed-loop system will behave under model randomness, which is essential for systems operating with wireless communications. However, the fundamental stability analysis of the WHMC systems remains an unexplored challenge due to the intricate interplay between the stochastic nature of wireless communications, dynamic human operations, and the inherent complexities of control system dynamics. This paper establishes a fundamental WHMC model incorporating dual wireless loops for machine and human control. Our framework accounts for practical factors such as short-packet transmissions, fading channels, and advanced HARQ schemes. We model human control lag as a Markov process, which is crucial for capturing the stochastic nature of human interactions. Building on this model, we propose a stochastic cycle-cost-based approach to derive a stability condition for the WHMC system, expressed in terms of wireless channel statistics, human dynamics, and control parameters. Our findings are validated through extensive numerical simulations and a proof-of-concept experiment, where we developed and tested a novel wireless collaborative cart-pole control system. The results confirm the effectiveness of our approach and provide a robust framework for future research on WHMC systems in more complex environments.
• Abstract（参考訳）: Wireless Human-Machine Collaboration (WHMC)は産業5.0の重要な進歩であり、地理的に分散したシステム間で人間と機械のシームレスな相互作用を可能にする。 WHMCシステムは、複雑な協調制御タスクを達成するためにますます重要になってきており、その安定性は実用的展開と長期運用に不可欠である。 安定解析は、無線通信で動作するシステムに不可欠なモデルランダム性の下で、閉ループシステムがどのように振る舞うかを証明している。 しかしながら、WHMCシステムの基本的な安定性解析は、無線通信の確率的性質、人間の動的操作、制御系力学の本質的な複雑さの間の複雑な相互作用のため、未解決の課題である。 本稿では,マシンと人体制御のための2つの無線ループを組み込んだ基本WHMCモデルを確立する。 本フレームワークは,短包伝送,フェージングチャネル,高度HARQスキームなどの実用的要因を考慮に入れている。 我々は人間の制御ラグをマルコフ過程としてモデル化し、人間の相互作用の確率的性質を捉えるのに不可欠である。 このモデルに基づいて,無線チャネル統計,ヒューマンダイナミクス,制御パラメータの観点から表現されたWHMCシステムの安定性条件を導出する確率的サイクルコストに基づく手法を提案する。 本研究は,広範にわたる数値シミュレーションと概念実証実験により検証され,新しい無線協調型カートポール制御システムの開発と試験を行った。 提案手法の有効性を確認し,より複雑な環境でのWHMCシステム研究のための堅牢な枠組みを提供する。

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