Boosting Safe Human-Robot Collaboration Through Adaptive Collision Sensitivity

要約

人間とロボットの物理的なコラボレーション (HRC) 中にロボット オペレータにとって安全とみなされるものは、対応する HRC 規格 (欧州 ISO/TS 15066 など) で指定されています。
移動ロボットとオペレーターの間の衝突を許可する制度は、電力と力の制限 (PFL) と呼ばれ、許容される接触力を制限します。
ロボット表面全体に同じ固定接触閾値を使用すると、衝撃力が制限内であってもロボットを停止する必要があるため、重大かつ不必要な生産性の損失が発生します。
ここでは、各ロボット リンクの有効質量とリンク速度に基づいて、ロボット本体のさまざまな部分に対して皮膚の保護しきい値を個別に、動的にオンザフライで設定するためのフレームワークを紹介します。
11枚のパッドからなる敏感肌（AIRSKIN）で完全に覆われた6軸協働ロボットアーム（UR10e）で実験を行います。
一時的衝突と準静的衝突の両方を伴う模擬ピック アンド プレース シナリオで、皮膚の感度がタスクのパフォーマンスと発揮される力にどのような影響を与えるかを実証します。
人間のオペレーターの安全を確保しながら、最も控えめな衝突しきい値の設定から最も適応的な設定に変更すると、生産性がほぼ 50% 向上することがわかりました。
この方法は、有効質量を計算できるあらゆるロボットに適用できます。

要約(オリジナル)

What is considered safe for a robot operator during physical human-robot collaboration (HRC) is specified in corresponding HRC standards (e.g., the European ISO/TS 15066). The regime that allows collisions between the moving robot and the operator, called Power and Force Limiting (PFL), restricts the permissible contact forces. Using the same fixed contact thresholds on the entire robot surface results in significant and unnecessary productivity losses, as the robot needs to stop even when impact forces are within limits. Here we present a framework for setting the protective skin thresholds individually for different parts of the robot body and dynamically on the fly, based on the effective mass of each robot link and the link velocity. We perform experiments on a 6-axis collaborative robot arm (UR10e) completely covered with a sensitive skin (AIRSKIN) consisting of eleven individual pads. On a mock pick-and-place scenario with both transient and quasi-static collisions, we demonstrate how skin sensitivity influences the task performance and exerted force. We show an increase in productivity of almost 50% from the most conservative setting of collision thresholds to the most adaptive setting, while ensuring safety for human operators. The method is applicable to any robot for which the effective mass can be calculated.

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