Soft electronic skins are one of the means to turn an industrial manipulator into a collaborative robot. For manipulators that are already fit for physical human-robot collaboration, soft skins can make them safer. In this work, we study the after impact behavior of two collaborative manipulators (UR10e and KUKA LBR iiwa) and one classical industrial manipulator (KUKA Cybertech), in presence or absence of an industrial protective skin (AIRSKIN). In addition, we isolate the effects of the passive padding and the active contribution of the sensor to robot reaction. We present a total of 2250 collision measurements and study the impact force, contact duration, clamping force, and impulse. The dataset is publicly available. We summarize our results as follows. For transient collisions, the passive skin properties lowered the impact forces by about 40 %. During quasi-static contact, the effect of skin covers -- active or passive -- cannot be isolated from the collision detection and reaction by the collaborative robots. Important effects of the stop categories triggered by the active protective skin were found. We systematically compare the different settings and the empirically established safe velocities with prescriptions by the ISO/TS 15066. In some cases, up to the quadruple of the ISO/TS 15066 prescribed velocity can comply with the impact force limits and thus be considered safe. We propose an extension of the formulas relating impact force and permissible velocity that take into account the stiffness and compressible thickness of the protective cover, leading to better predictions of the collision forces. At the same time, this work emphasizes the need for in situ measurements as all the factors we studied -- presence of active/passive skin, safety stop settings, robot collision reaction, impact direction, and, of course, velocity -- have effects on the force evolution after impact.


翻译:软电子皮肤是将工业操纵器变成协作机器人的手段之一。 对于已经适合人体机器人实际合作的操纵器来说,软皮肤可以使其更安全。 在这项工作中,我们研究两个合作操纵器(UR10e和KUKA LBR iiwa)和一个传统工业操纵器(KUKA Cybertech)的撞击行为,它们存在或没有工业保护皮肤(AIRSKIN) 。此外,我们分离了被动倾斜的影响以及传感器对机器人反应的积极贡献。我们提出了总共2250次碰撞测量,并研究了撞击力、接触时间长度、螺旋力和脉冲。这些数据集可以公开提供。对于瞬变的碰撞,被动皮肤特性将冲击力降低约40%。在半静态接触期间,皮肤覆盖的影响 -- -- 主动或被动 -- 不能与协作机器人的碰撞探测和反应隔绝。 主动保护性皮肤引发的所有阻断类别都具有重要影响 -- -- 我们系统地比较了各种环境,在150度的皮肤影响中,在150度的精确度上,在IAS的精确度上,我们研究过程中,可以提出SIS-x的精确度的精确度的精确度上, 。

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