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A Parametric Study of Compliant Link Design for Safe Physical Human–Robot Interaction

机译：符合安全性的人体机器人交互的兼容环节设计的参数研究

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摘要

Robots of next-generation physically interact with the world rather than be caged in a controlled area, and they need to make contact with the open-ended environment to perform their task. Compliant robot links offer intrinsic mechanical compliance for addressing the safety issue for physical human-robot interactions (pHRI). However, many important research questions are yet to be answered. For instance, how do system parameters, for example, mechanical compliance, motor torque, impact velocities, and so on, affect the impact force? how to formulate system impact dynamics of compliant robots, and how to size their geometric dimensions to maximize impact force reduction. In this paper, we present a parametric study of compliant link (CL) design for safe pHRI. We first present a theoretical model of the pHRI system that is comprised of robot dynamics, an impact contact model, and dummy head dynamics. After experimentally validating the theoretical model, we then systematically study the effects of CL parameters on the impact force in more detail. Specifically, we explore how the design and actuation parameters affect the impact force of pHRI system. Based on the parametric studies of the CL design, we propose a step-by-step process and a list of concrete guidelines for designing CL with safety constraints in pHRI. We further conduct a simulation case study to validate this design process and design guidelines.
机译：下一代的机器人与世界进行物理交互，而不是在受控区域笼，并且他们需要与开放式环境接触以执行他们的任务。符合机器人链接提供内在的机械顺应性，用于解决物理人员机器人交互的安全问题（PHRI）。但是，许多重要的研究问题尚未得到回答。例如，系统参数，例如，机械顺应性，电动机扭矩，冲击速度等，影响冲击力？如何制定符合机器人的系统影响动态，以及如何尺寸为其几何尺寸来最大化冲击力减小。在本文中，我们介绍了对Safe Phri的兼容链接（CL）设计的参数研究。我们首先介绍了由机器人动态，影响触点模型和虚拟性头动态组成的PHRI系统的理论模型。在实验验证理论模型后，我们更详细地系统地研究了CL参数对冲击力的影响。具体而言，我们探讨设计和致动参数如何影响PHRI系统的冲击力。基于CL设计的参数研究，我们提出了一种逐步的过程和用于在PHRI中设计CL的具体指南列表。我们进一步开展模拟案例研究，以验证这种设计过程和设计指南。

著录项

  • 来源
    《Robotica》 |2021年第10期|1739-1759|共21页
  • 作者

    She Yu; Song Siyang; Su Hai-jun; Wang Junmin;

  • 作者单位

    MIT Comp Sci & Artificial Intelligence Lab 32 Vassar St Cambridge MA 02139 USA|Ohio State Univ Dept Mech & Aerosp Engn Columbus OH 43210 USA;

    Univ Texas Austin Walker Dept Mech Engn Austin TX 78712 USA;

    Ohio State Univ Dept Mech & Aerosp Engn Columbus OH 43210 USA;

    Univ Texas Austin Walker Dept Mech Engn Austin TX 78712 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    Design; Modeling; Compliant links; Variable stiffness links; Physical human-robot interaction;

    机译：设计;建模;兼容链接;可变刚度链接;物理人体机器人相互作用;

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