The need to guarantee the safety of collaborative robots limits their performance, in particular, their speed and hence cycle time. In this work, we measure the forces exerted by two collaborative manipulators (UR10e and KUKA LBR iiwa) on an impact measuring device. Our contributions are the following: (i) a new data-driven model predicting impact forces from velocity, distance from robot base, and, newly, the height in the workspace; (ii) demonstration that the model can be trained on a limited number of data points; (iii) analysis of the force evolution upon impact. The standard ISO/TS 15066 defines the Power and Force Limiting operation mode and prescribes force thresholds that a moving robot is allowed to exert on human body parts during impact (for the back of the hand, 280 N for transient and 140 N for quasi-static contact), along with a simple formula to obtain maximum allowed speed of the robot in the whole workspace. Applying this to our scenario where the impact has a clamping nature, the allowed end effector speed on the whole robot workspace would be only 0.13 and 0.16 m/s for the UR10e and KUKA LBR iiwa, respectively. Our measurements reveal that if the task is performed for example 0.8 m away and 0.4 m above the robot base, speeds of 0.16 m/s (UR10e) and 0.20 m/s (KUKA LBR iiwa) can be safely operated, staying within the prescribed force limit. Furthermore, the force evolution during impact for the UR10e reveals that clamping never occurs. With the 280 N limit, 0.36 m/s will still be safe with the UR10e. The formulas relating robot mass, velocity, and impact forces from ISO/TS 15066 are insufficient---leading both to significant underestimation and overestimation of velocities/forces, and thus to unnecessarily long cycle times or even dangerous applications.


翻译:我们的贡献如下:(一) 一个新的数据驱动模型,预测速度、距离机器人基地的距离,以及新的工作空间的高度所产生的冲击力;(二) 证明模型可以在数量有限的数据点上进行安全训练;(三) 分析撞击时的力量演变。标准ISO/TS66定义了动力和力量限制操作模式,并规定了允许移动机器人在撞击期间对人体部件施加的阈值(对手背、对瞬态的280牛顿和对准静态接触的140牛顿),以及一个简单的公式,以获得整个工作空间中允许的最大速度。将模型应用到数量有限的数据点上;(三) 分析撞击时的力量演变。标准ISO/TS66定义了动力和力量限制操作模式的操作模式(UR1066) 并定义了电力和力量限制模式的操作方式。 (一) 温度为0.13米和速度的动力和力量限制值为0.16米/力量的操作方式。 (二) 温度为0.16 m)

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