Combining power force limiting and speed separation monitoring for collaborative robots

Enabling humans and robots to safely work close to each other deserves careful consideration. With the publication of ISO directives on this matter, two different strategies, namely the Speed and Separation Monitoring and the Power and Force Limiting, have been proposed. This thesis proposes a method to efficiently combine the two aforementioned safety strategies for collaborative robotics operations. By exploiting the combination of the two, it is then possible to achieve higher levels of productivity, still preserving the safety of the human operators. In a nutshell, the state of motion of each point of the robot is monitored so that at every time instant the robot can modulate its speed to eventually come into contact with a body region of the human, consistently with the corresponding biomechanical limit. Validation experiments have been conducted to quantify the benefits of this newly developed strategy with respect to the state-of-the-art.

Consentire a umani e robot di lavorare in sicurezza gli uni vicini agli altri merita un'attenta considerazione. A seguito della pubblicazione delle direttive ISO in materia, abbiamo proposto l' unione delle due seguenti strategie: monitoraggio della velocità e della distanza (Speed Separation monitoring) e limitazione della potenza e della forza (Power and Force Limiting). Questa tesi propone un metodo per combinare efficacemente le due menzionate strategie per operazioni di robotica collaborativa. Sfruttando la combinazione delle due, è quindi possibile raggiungere livelli più elevati di produttività, preservando comunque la sicurezza degli operatori umani. In breve, la velocità di ciascun punto del robot è monitorata in modo tale che, in ogni momento, il robot possa modulare la sua velocità e, nel caso entrasse in contatto con l' operatore, lo faccia rispettando il corrispondente limite biomeccanico. Infine, sono stati condotti esperimenti di validazione per quantificare i benefici di questa nuova strategia rispetto allo stato dell'arte.