Human-robot collaboration is becoming increasingly appealing for companies to simply stay competitive on their markets. Collaborative robotics has made it possible to combine the robot's precision and accuracy with the human's cognitive abilities and resilience. This research presents an efficient method for addressing the issue of safety and performance enhancement in human-robot collaboration scenarios. The issue is approached from the perspective of the principle of speed and separation monitoring, which stems from the recently implemented safety standard. The proposed approach aims to achieve performance gains, measured by the acceleration of the production cycle, without jeopardising the standard's safety constraints. The approach is based on the notion of braking surface - an abstraction of the swept volume described by the manipulator during braking motion. Two types of braking behaviour are addressed: general and path consistent. In both instances, the braking surface can be evaluated in a receding horizon manner. The velocity of the robot is continuously scaled such that, in the event of a controlled stop, the estimated braking surface does not interfere with nearby obstacles. The approach is entirely kinematic and requires no knowledge of the robot's dynamic model. The results of the validation campaign done by numerical simulations and experimental implementation indicate that the proposed method provides an appropriate and straightforward solution.

La collaborazione uomo-robot sta diventando sempre più interessante per le aziende per rimanere semplicemente competitive sul mercato. La robotica collaborativa ha permesso di combinare la precisione e l'accuratezza del robot con le capacità cognitive e la resilienza dell'essere umano. Questa ricerca presenta un metodo efficiente per affrontare il problema del miglioramento delle prestazioni negli scenari di collaborazione uomo-robot. La questione viene affrontata dal punto di vista del principio del monitoraggio della velocità e della distanza di separazione, che deriva dallo standard di sicurezza recentemente proposto. L'approccio sviluppato mira a ottenere guadagni prestazionali, misurati dall'accelerazione del ciclo produttivo, senza compromettere i vincoli di sicurezza dello standard. Il metodo si basa sulla nozione di superficie frenante - un'astrazione della volume descritto dal manipolatore durante il frenamento. Vengono affrontati due tipi di comportamento di frenata: generale e coerente con il percorso. In entrambi i casi, la superficie frenante può essere valutata in un modo di orizzonte sfuggente. La velocità del robot viene continuamente scalata in modo tale che, in caso di arresto controllato, la superficie frenante stimata non interference con ostacoli vicini. Il metodo è interamente cinematico e non richiede alcuna conoscenza del modello dinamico del robot. I risultati della campagna di validazione effettuata mediante simulazioni numeriche e implementazione sperimentale indicano che il metodo proposto fornisce una soluzione appropriata e semplice.

Enhanced performance of human-robot safe collaboration using braking surface and trajectory scaling

Reda Sobhy Ellithy Mahdy Newishy, Abdalla
2021/2022

Abstract

Human-robot collaboration is becoming increasingly appealing for companies to simply stay competitive on their markets. Collaborative robotics has made it possible to combine the robot's precision and accuracy with the human's cognitive abilities and resilience. This research presents an efficient method for addressing the issue of safety and performance enhancement in human-robot collaboration scenarios. The issue is approached from the perspective of the principle of speed and separation monitoring, which stems from the recently implemented safety standard. The proposed approach aims to achieve performance gains, measured by the acceleration of the production cycle, without jeopardising the standard's safety constraints. The approach is based on the notion of braking surface - an abstraction of the swept volume described by the manipulator during braking motion. Two types of braking behaviour are addressed: general and path consistent. In both instances, the braking surface can be evaluated in a receding horizon manner. The velocity of the robot is continuously scaled such that, in the event of a controlled stop, the estimated braking surface does not interfere with nearby obstacles. The approach is entirely kinematic and requires no knowledge of the robot's dynamic model. The results of the validation campaign done by numerical simulations and experimental implementation indicate that the proposed method provides an appropriate and straightforward solution.
LACEVIC, BAKIR
ROCCO, PAOLO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
20-dic-2022
2021/2022
La collaborazione uomo-robot sta diventando sempre più interessante per le aziende per rimanere semplicemente competitive sul mercato. La robotica collaborativa ha permesso di combinare la precisione e l'accuratezza del robot con le capacità cognitive e la resilienza dell'essere umano. Questa ricerca presenta un metodo efficiente per affrontare il problema del miglioramento delle prestazioni negli scenari di collaborazione uomo-robot. La questione viene affrontata dal punto di vista del principio del monitoraggio della velocità e della distanza di separazione, che deriva dallo standard di sicurezza recentemente proposto. L'approccio sviluppato mira a ottenere guadagni prestazionali, misurati dall'accelerazione del ciclo produttivo, senza compromettere i vincoli di sicurezza dello standard. Il metodo si basa sulla nozione di superficie frenante - un'astrazione della volume descritto dal manipolatore durante il frenamento. Vengono affrontati due tipi di comportamento di frenata: generale e coerente con il percorso. In entrambi i casi, la superficie frenante può essere valutata in un modo di orizzonte sfuggente. La velocità del robot viene continuamente scalata in modo tale che, in caso di arresto controllato, la superficie frenante stimata non interference con ostacoli vicini. Il metodo è interamente cinematico e non richiede alcuna conoscenza del modello dinamico del robot. I risultati della campagna di validazione effettuata mediante simulazioni numeriche e implementazione sperimentale indicano che il metodo proposto fornisce una soluzione appropriata e semplice.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/196641