In robotics, many control and planning schemes have been developed that ensure the human physical safety in human-robot interaction. The human psychological state and expectation towards the robot, however, are typically neglected. Even if the robot behaviour is regarded as biomechanically safe, humans may still react with rapid involuntary motion (IM) caused by startle or surprise. Obviously, such sudden, uncontrolled motions can jeopardize safety and should be prevented by any means. In this paper, we propose the Expectable Motion Unit (EMU) concept which ensures that a certain probability of IM occurrence is not exceeded in a typical HRI setting. Based on a model of IM occurrence that we generate through an experiment with 29 participants, the mapping between robot velocity, robot-human distance, and the relative frequency of IM occurrence is established. This mapping is processed towards a real-time capable robot motion generator, which limits the robot velocity during task execution if necessary. The EMU is combined with the well-established Safe Motion Unit in order to integrate both physical and psychological safety knowledge and data into a holistic safety framework. In a validation experiment, it was shown that the EMU successfully avoids human IM in five out of six cases.


翻译:在机器人中,已经制定了许多控制和规划计划,确保人体-机器人互动中的人体人身安全,但人类的心理状态和对机器人的期望通常被忽视。即使机器人行为被视为生物机能安全,人类仍可能与由惊吓或意外引起的快速非自愿运动(IM)发生反应。显然,这种突然的、不受控制的动作会危及安全,应当以任何手段加以防止。在本文件中,我们提议了可预期运动单位(EMU)概念,以确保在典型的HRI环境中不会超过发生IM的某种可能性。根据我们通过与29名参与者的实验产生的IM现象模型,在机器人速度、机器人-人类距离和IM发生频率之间绘制地图。这一绘图被处理成实时的机械运动发电机,必要时会限制任务执行过程中的机器人速度。EMU与已经建立起来的安全运动单位(EMU)概念相结合,将身体和心理安全知识和数据纳入一个整体安全框架。在一项验证实验中显示,EMU成功地避免了五例的人类IM。

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