Towards Safe Robot Use with Edged or Pointed Objects: A Surrogate Study Assembling a Human Hand Injury Protection Database

要約

尖ったツールや物体の使用は、今日の物理的なヒューマンロボットインタラクション (pHRI) の応用において最も困難な側面の 1 つです。
その理由の 1 つは、そのような刃や尖った衝突体によって引き起こされる危害の重大性が、鈍い衝突体に比べて十分に研究されていないことです。
その結果、規格では鈍的衝突体に対する十分に合理的な力と圧力の閾値を指定し、接触時の端や角を避けるよう勧告しています。
それにもかかわらず、実際の pHRI アプリケーションでは、尖った、またはエッジのあるインパクターの形状を完全に排除することはできません。
たとえば、人間のオペレータの近くにドライバーなどの刃物や尖った工具を使用できるようにするには、ロボット インテグレーターが合理的で時間効率の高いリスク評価を実行できるように、傷害の重症度に関する知識を拡張する必要があります。
この論文では、人間の手の代用物、つまり豚の爪と鶏のドラムスティックを用いた落下試験に基づいた人間の手の損傷予防に関する初期データセットを提供します。
次に、接触用のデータセットを 2 つの例で使用して、ロボットの使用の容易さと効率を実証します。
最後に、私たちの実験は、衝突時に特定のロボットの質量速度のコンステレーションの下で人間の被験者にも予想される一連の傷害を提供します。
この研究を拡張するには、あらゆる pHRI シナリオ、つまりエッジや尖った形状を含む安全な pHRI アプリケーション向けの包括的な人身傷害回避データベースを作成するために、人間のサンプルでのテストと世界中の研究機関の共同作業が必要です。

要約(オリジナル)

The use of pointed or edged tools or objects is one of the most challenging aspects of today’s application of physical human-robot interaction (pHRI). One reason for this is that the severity of harm caused by such edged or pointed impactors is less well studied than for blunt impactors. Consequently, the standards specify well-reasoned force and pressure thresholds for blunt impactors and advise avoiding any edges and corners in contacts. Nevertheless, pointed or edged impactor geometries cannot be completely ruled out in real pHRI applications. For example, to allow edged or pointed tools such as screwdrivers near human operators, the knowledge of injury severity needs to be extended so that robot integrators can perform well-reasoned, time-efficient risk assessments. In this paper, we provide the initial datasets on injury prevention for the human hand based on drop tests with surrogates for the human hand, namely pig claws and chicken drumsticks. We then demonstrate the ease and efficiency of robot use using the dataset for contact on two examples. Finally, our experiments provide a set of injuries that may also be expected for human subjects under certain robot mass-velocity constellations in collisions. To extend this work, testing on human samples and a collaborative effort from research institutes worldwide is needed to create a comprehensive human injury avoidance database for any pHRI scenario and thus for safe pHRI applications including edged and pointed geometries.

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