Adaptive Electronic Skin Sensitivity for Safe Human-Robot Interaction

要約

完全なロボットボディを覆う人工電子スキンは、物理的な人間とロボットのコラボレーションを安全にして可能にすることができます。
共同ロボットの基準（例：ISO/TS 15066）は、人体との接触中の許容力と圧力を規定しています。
衝突のこれらの特性は、衝突ロボットリンクの速度だけでなく、その有効質量にも依存します。
したがって、電力と力制限（PFL）共同体制に準拠する連絡先を保証するには、同時に生産性を最大化するために、保護皮膚のしきい値をロボットボディのさまざまな部分に対して個別に設定し、実行中は動的に設定する必要があります。
ここでは、4つのシナリオを提示し、経験的に評価します。（a）静的および均一な皮膚全体の固定しきい値、（b）ロボットボディ部分の静的ですが異なる設定、（c）すべてのリンク速度に基づいて動的に設定されています。
シミュレーションの実験と、11の個々のパッドで構成される敏感肌（エアスキン）で完全に覆われた実際の6軸コラボレーションロボットアーム（UR10E）で実験を行います。
ロボットボディの部分と2つの衝突反応（停止と回避）との一時的な衝突を伴う模擬ピックアンドプレイスシナリオでは、皮膚閾値（a）の最も保守的な設定から最も適応性のある設定（D）への生産性の向上を示します。
すべてのスキンパッドのしきい値設定は、25 Hzの周波数に適合しています。
この作業は、より多くの自由度とより大きな皮膚カバレッジ（ヒューマノイド）を備えたプラットフォームや、ロボットとの接触が通信に使用される社会的人間とロボットの相互作用シナリオのために簡単に拡張できます。

要約(オリジナル)

Artificial electronic skins covering complete robot bodies can make physical human-robot collaboration safe and hence possible. Standards for collaborative robots (e.g., ISO/TS 15066) prescribe permissible forces and pressures during contacts with the human body. These characteristics of the collision depend on the speed of the colliding robot link but also on its effective mass. Thus, to warrant contacts complying with the Power and Force Limiting (PFL) collaborative regime but at the same time maximizing productivity, protective skin thresholds should be set individually for different parts of the robot bodies and dynamically on the run. Here we present and empirically evaluate four scenarios: (a) static and uniform – fixed thresholds for the whole skin, (b) static but different settings for robot body parts, (c) dynamically set based on every link velocity, (d) dynamically set based on effective mass of every robot link. We perform experiments in simulation and on a real 6-axis collaborative robot arm (UR10e) completely covered with sensitive skin (AIRSKIN) comprising eleven individual pads. On a mock pick-and-place scenario with transient collisions with the robot body parts and two collision reactions (stop and avoid), we demonstrate the boost in productivity in going from the most conservative setting of the skin thresholds (a) to the most adaptive setting (d). The threshold settings for every skin pad are adapted with a frequency of 25 Hz. This work can be easily extended for platforms with more degrees of freedom and larger skin coverage (humanoids) and to social human-robot interaction scenarios where contacts with the robot will be used for communication.

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