A Comparative Study on the Effect of Mechanical Compliance for a Safe Physical Human–Robot Interaction
A Comparative Study on the Effect of Mechanical Compliance for a Safe Physical Human–Robot Interaction
复制标题
机械顺应性对安全物理人机交互影响的比较研究
DOI：
10.1115/1.4046068
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发表时间：
2020
影响因子：
3.3
通讯作者：
Wang, Junmin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
She, Yu;Song, Siyang;Su, Hai-Jun;Wang, Junmin
在本文中，我们研究了物理人机交互（pHRI）中机械顺应性对安全性的影响。更具体地说，我们比较了关节顺应性和链接顺应性的影响，假设机器人和人的头部之间发生接触的冲击力。我们首先建立pHRI系统模型，由机器人动力学，冲击接触模型，和头部动力学。通过Simscape仿真验证了模型的有效性。通过与由柔性连杆（CL）和柔性关节（CJ）制成的机械臂的冲击结果进行比较，我们得出结论，在给定相同的横向刚度以及其他物理和几何参数的情况下，CL设计产生较小的最大冲击力。此外，我们比较了不同的驱动参数和设计参数的变刚度关节（VSJ）与变刚度连杆（VSL）。虽然降低CJ的刚度不能有效地降低最大冲击力，CL设计是更有效地降低冲击力，通过改变连杆刚度。我们得出结论，CL设计在解决pHRI的安全性方面可能优于CJ设计，并且可以用作解决pHRI的安全性限制的有前途的替代解决方案。
In this paper, we study the effects of mechanical compliance on safety in physical human–robot interaction (pHRI). More specifically, we compare the effect of joint compliance and link compliance on the impact force assuming a contact occurred between a robot and a human head. We first establish pHRI system models that are composed of robot dynamics, an impact contact model, and head dynamics. These models are validated by Simscape simulation. By comparing impact results with a robotic arm made of a compliant link (CL) and compliant joint (CJ), we conclude that the CL design produces a smaller maximum impact force given the same lateral stiffness as well as other physical and geometric parameters. Furthermore, we compare the variable stiffness joint (VSJ) with the variable stiffness link (VSL) for various actuation parameters and design parameters. While decreasing stiffness of CJs cannot effectively reduce the maximum impact force, CL design is more effective in reducing impact force by varying the link stiffness. We conclude that the CL design potentially outperforms the CJ design in addressing safety in pHRI and can be used as a promising alternative solution to address the safety constraints in pHRI.
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配备被动各向同性力限制器的二自由度串行机器人的受力能力
DOI：
10.1115/detc2015-46486
发表时间：
2015
期刊：
2001 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. Proceedings (Cat. No.01TH8556)
影响因子：
--
作者：
Meiying Zhang;T. Laliberté;C. Gosselin
通讯作者：
C. Gosselin
影响因子：
9.2
作者：
Haddadin, Sami;Albu-Schaeffer, Alin;Hirzinger, Gerd
通讯作者：
Hirzinger, Gerd
“DLR 碰撞报告”：制定机器人安全标准碰撞测试协议 - 第一部分：结果
DOI：
10.1109/robot.2009.5152602
发表时间：
2009
期刊：
2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation
影响因子：
--
作者：
S. Haddadin;A. Albu;M. Frommberger;J. Roßmann;G. Hirzinger
通讯作者：
G. Hirzinger
DOI：
10.1109/icra.2017.7989795
发表时间：
2017-05
期刊：
2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
影响因子：
--
作者：
Y. She;Deshan Meng;Junxiao Cui;H. Su
通讯作者：
Y. She;Deshan Meng;Junxiao Cui;H. Su
影响因子：
5.7
作者：
Gao, Dalong;Wampler, Charles W.
通讯作者：
Wampler, Charles W.