Towards Unconstrained Collision Injury Protection Data Sets: Initial Surrogate Experiments for the Human Hand

要約

物理的な人間とロボットの相互作用 (pHRI) の安全性は、すべてのアプリケーション ドメインにとって大きな懸念事項です。
産業用ロボット用途の現在の標準化では、鈍的衝撃による痛みの発生に対処する安全上の制約が設けられていますが、これらの衝撃閾値は、刃のある衝撃物や尖った衝撃物に対して使用するのが困難です。
最も深刻な損傷は、圧搾の可能性がある拘束された接触シナリオで発生します。
それにもかかわらず、接触の制限につながる可能性のある状況は、ワークスペースの特定の領域でのみ発生し、設計または組織的なアプローチを使用してそれらを回避できます。
残っているのは、拘束されていない偶発的な接触によって引き起こされる人間の身体的完全性に対するリスクであり、ロボットの動作効率を維持しながら回避するのは困難です。
それにもかかわらず、拘束されていない衝突において、刃物や尖った衝突物体によって発生する傷害の確率と重症度はほとんど研究されていません。
この論文では、人間の手と刃物との無制限の衝突による損傷の可能性を理解するために、人間の手と腕とロボットをモデル化した 2 つの振り子を使用した実験設定と手順を提案します。
豚足は、人間の手の生理学的特徴によく似ているため、生体外の代用サンプルとして使用され、拘束されていない刃物や尖った衝撃によって引き起こされる傷害の重症度に関する初期傷害データベースを作成します。
一般的な軽量ロボットの有効質量範囲では、速度が 0.5 m/s 未満に低下した場合、拘束されていない衝突で皮膚の切り傷や骨/腱の損傷などの損傷が発生する可能性が低いことがデータからわかります。
提案された実験設定と手順は、十分な人間のモデリングによって補完される必要があり、最終的には pHRI における生体力学的損傷の可能性の完全な理解につながるでしょう。

要約(オリジナル)

Safety for physical human-robot interaction (pHRI) is a major concern for all application domains. While current standardization for industrial robot applications provide safety constraints that address the onset of pain in blunt impacts, these impact thresholds are difficult to use on edged or pointed impactors. The most severe injuries occur in constrained contact scenarios, where crushing is possible. Nevertheless, situations potentially resulting in constrained contact only occur in certain areas of a workspace and design or organisational approaches can be used to avoid them. What remains are risks to the human physical integrity caused by unconstrained accidental contacts, which are difficult to avoid while maintaining robot motion efficiency. Nevertheless, the probability and severity of injuries occurring with edged or pointed impacting objects in unconstrained collisions is hardly researched. In this paper, we propose an experimental setup and procedure using two pendulums modeling human hands and arms and robots to understand the injury potential of unconstrained collisions of human hands with edged objects. Pig feet are used as ex vivo surrogate samples – as these closely resemble the physiological characteristics of human hands – to create an initial injury database on the severity of injuries caused by unconstrained edged or pointed impacts. For the effective mass range of typical lightweight robots, the data obtained show low probabilities of injuries such as skin cuts or bone/tendon injuries in unconstrained collisions when the velocity is reduced to < 0.5 m/s. The proposed experimental setups and procedures should be complemented by sufficient human modeling and will eventually lead to a complete understanding of the biomechanical injury potential in pHRI.

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