SafePR: Unified Approach for Safe Parallel Robots by Contact Detection and Reaction with Redundancy Resolution

要約

高速かつ安全な動作は、物理的対話型ロボットの配備を成功させる上で極めて重要である。パラレルロボット(PR)は、移動質量が小さいため、同じエネルギー制限を維持しながら、より高速に移動できる可能性がある。しかし、特異点や自己衝突を回避しながら、接触検知や反応を行う方法が必要である。我々はこの問題に取り組み、人間にとって安全でPRにとって実現可能な反応を行うために、衝突とクランプの区別を含む、検出と定位のための統一されたアプローチであるSafePRを提示する。我々のアプローチは、エンコーダとモータ電流からの情報を用いて、一般化運動量オブザーバにより力を推定する。ニューラルネットワークとパーティクルフィルタは接触を分類し、局在化する。II型特異点や自己衝突を回避するために、冗長性を解決する反応を導入する。我々のアプローチは、最大1.5m/sのエンドエフェクタ速度で、それぞれ25-275ms以内に72の実世界の衝突とクランプ接触を検出し、終了させた。このときの力は、ISO/TS 15066のしきい値以下でした。内蔵センサーを使用することで、SafePRは、新しいハードウェアコンポーネントを必要とすることなく、すでに組み立てられたPRとの安全な相互作用を可能にします。

要約(オリジナル)

Fast and safe motion is crucial for the successful deployment of physically interactive robots. Parallel robots (PRs) offer the potential for higher speeds while maintaining the same energy limits due to their low moving masses. However, they require methods for contact detection and reaction while avoiding singularities and self-collisions. We address this issue and present SafePR – a unified approach for the detection and localization, including the distinction between collision and clamping to perform a reaction that is safe for humans and feasible for PRs. Our approach uses information from the encoders and motor currents to estimate forces via a generalized-momentum observer. Neural networks and particle filters classify and localize the contacts. We introduce reactions with redundancy resolution to avoid type-II singularities and self-collisions. Our approach detected and terminated 72 real-world collision and clamping contacts with end-effector speeds of up to 1.5 m/s, each within 25-275 ms. The forces were below the thresholds from ISO/TS 15066. By using built-in sensors, SafePR enables safe interaction with already assembled PRs without the need for new hardware components.

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