Expectable Motion Unit: Avoiding Hazards From Human Involuntary Motions in Human-Robot Interaction

要約

ロボット工学では、人間とロボットの相互作用において人間の身体的安全を確保するために、多くの制御および計画スキームが開発されてきました。
しかし、人間の心理状態やロボットに対する期待は通常無視されます。
たとえロボットの動作が生体力学的に安全であるとみなされたとしても、人間は依然として驚愕または驚きによって引き起こされる素早い不随意運動 (IM) に反応する可能性があります。
このような突然の制御されていない動きは安全を危険にさらす可能性があるため、いかなる手段でも防止する必要があります。
このレターでは、典型的な HRI 設定において IM 発生の特定の確率を超えないようにする Expectable Motion Unit (EMU) を提案します。
29 人の参加者による実験を通じて生成された IM 発生のモデルに基づいて、ロボットの速度、ロボットと人間の距離、および IM 発生の相対頻度の間のマッピングを確立します。
このマッピングは、必要に応じてタスク実行中のロボットの速度を制限する、リアルタイム対応のロボット モーション ジェネレーターに向けて処理されます。
EMU は、物理的安全性と心理的安全性の両方の知識を統合する総合的な安全性フレームワークに組み合わされています。
検証実験では、EMU が 6 件中 5 件のケースで人間の IM を回避することに成功したことが示されました。

要約(オリジナル)

In robotics, many control and planning schemes have been developed to ensure human physical safety in human- robot interaction. The human psychological state and the ex- pectation towards the robot, however, are typically neglected. Even if the robot behaviour is regarded as biomechanically safe, humans may still react with a rapid involuntary motion (IM) caused by a startle or surprise. Such sudden, uncontrolled motions can jeopardize safety and should be prevented by any means. In this letter, we propose the Expectable Motion Unit (EMU), which ensures that a certain probability of IM occurrence is not exceeded in a typical HRI setting. Based on a model of IM occurrence generated through an experiment with 29 participants, we establish the mapping between robot velocity, robot-human distance, and the relative frequency of IM occurrence. This mapping is processed towards a real-time capable robot motion generator that limits the robot velocity during task execution if necessary. The EMU is combined in a holistic safety framework that integrates both the physical and psychological safety knowledge. A validation experiment showed that the EMU successfully avoids human IM in five out of six cases.

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