Direct physical interaction with robots is becoming increasingly important in flexible production scenarios, but robots without protective fences also pose a greater risk to the operator. In order to keep the risk potential low, relatively simple measures are prescribed for operation, such as stopping the robot if there is physical contact or if a safety distance is violated. Although human injuries can be largely avoided in this way, all such solutions have in common that real cooperation between humans and robots is hardly possible and therefore the advantages of working with such systems cannot develop its full potential. In human-robot collaboration scenarios, more sophisticated solutions are required that make it possible to adapt the robot's behavior to the operator and/or the current situation. Most importantly, during free robot movement, physical contact must be allowed for meaningful interaction and not recognized as a collision. However, here lies a key challenge for future systems: detecting human contact by using robot proprioception and machine learning algorithms. This work uses the Deep Metric Learning (DML) approach to distinguish between non-contact robot movement, intentional contact aimed at physical human-robot interaction, and collision situations. The achieved results are promising and show show that DML achieves 98.6\% accuracy, which is 4\% higher than the existing standards (i.e. a deep learning network trained without DML). It also indicates a promising generalization capability for easy portability to other robots (target robots) by detecting contact (distinguishing between contactless and intentional or accidental contact) without having to retrain the model with target robot data.


翻译:直接与机器人进行物理交互在灵活生产场景中变得越来越重要,但未搭建防护栅栏的机器人也对操作员造成了更大的风险。为了降低风险潜力,一般规定如有物理接触或安全距离被违反时停止机器人。尽管这种方式可以大大避免人员受伤,但所有这些解决方案都有一个共同点,即人与机器人之间的真正合作几乎不可能,因此不能充分发挥与这些系统工作的优点。在人机协作方案中,需要更复杂的解决方案,使机器人的行为能够适应操作员和/或当前情况。最重要的是,在机器人自由移动时,必须允许物理接触以进行有意义的交互,并避免将其识别为碰撞。然而,这是未来系统的一项主要挑战:利用机器人本体感知和机器学习算法检测人类接触。本研究使用深度度量学习(DML)方法区分非接触式机器人运动、旨在进行物理人机交互的有意接触以及碰撞情况。取得的结果是令人充满希望的,显示DML实现了98.6%的准确率,比现有标准(即无DML训练的深度学习网络)高4%。它还表明具有很有前途的泛化能力,可以通过检测接触(区分无接触和有意或意外接触)而无需重新训练模型即可轻松移植到其他机器人(目标机器人)上。

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