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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Jumar, Ulrich

12 Issues per year


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ISSN
2196-677X
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Volume 62, Issue 3

Issues

Biomechanisch sichere Geschwindigkeitsregelung für die Mensch-Roboter Interaktion

Biomechanically Safe Velocity Controller for Human-Robot Interaction

Sami Haddadin / Simon Haddadin / Augusto Khoury
  • Robotik und Mechatronik Zentrum, DLR, Oberpfaffenhofen, Deutschland
  • Interdepartmental Research Center “E. Piaggio”, Universität Pisa, Pisa, Italien
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/ Tim Rokahr / Sven Parusel / Rainer Burgkart / Antonio Bicchi / Alin Albu-Schäffer
Published Online: 2014-02-28 | DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2012-0236

Zusammenfassung

In diesem Artikel befassen wir uns mit dem Problem eine für den Menschen sichere Robotergeschwindigkeit zu erzeugen. Hierfür untersuchen wir die Relation zwischen Kollisionsmasse, -geschwindigkeit und -geometrie, sowie der damit verbundenen Verletzung im medizinischen Sinne. Diese Einsichten werden derart repräsentiert, dass ein biomechanisch sicherer Geschwindigkeitsregler abgeleitet werden kann. Hierfür wertet der Algorithmus die reflektierte Trägheit, Geschwindigkeit und Oberflächengeometrie an möglichen Kollisionspunkten entlang der Roboterstruktur in Echtzeit aus.

Abstract

In this paper, we approach the problem of generating human safe robot velocities. For this, we analyze the relation between robot mass, velocity, impact geometry, and resulting injury qualified in medical terms. We transform these insights into processable representations and propose a motion controller that utilizes injury knowledge for generating safe robot motions. For this, the algorithm takes into account the reflected inertia, velocity, and geometry at possible impact locations.

Keywords: Physical Human-Robot Interaction; Robot safety; Velocity control; Injury biomechanics; Robotics

Schlagwörter: physikalische Mensch-Roboter Interaktion; Robotersicherheit; Geschwindigkeitsüberwachung; Verletzungsbiomechanik; Robotik

About the article

Sami Haddadin

Direktor des Instituts für Regelungstechnik der Leibniz Universität Hannover. Hauptarbeitsgebiete: physikalische Mensch-Roboter-Interaktion, Realzeitplanung, Nichtlineare Regelung, Optimalsteuerung, Machinelles Lernen in der Robotik, Sicherheit in der Robotik, Roboter mit variabler Gelenkimpedanz, Assistenzsysteme.

Institut für Regelungstechnik, Leibniz Universität Hannover, Appelstr. 11, D-30167 Hannover, Tel: +49-(0)511-762-4512, Fax: +49-(0)511-762-4536

Simon Haddadin

Arzt an der Klinik für Unfallchirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH). Hauptarbeitsgebiete: Biomechanik, Verletzungsanalyse in der Robotik, Unfallmedizin, Sicherheit in der Robotik.

Unfallchirurgische Klinik, Medizinische Hochschule Hannover, Carl-Neuberg-Str. 1, 30625 Hannover, Tel: +49-(0)176 153 23401, Fax +49 (0)511 532 5877

Augusto Khoury

M.Sc. Augusto Khoury ist Qualitätsingenieur bei Enel Green Power s.p.a (Engineering & Construction Unit). Hauptarbeitsgebiete: Erneuerbare Energien, Robotik.

Robotik und Mechatronik Zentrum, DLR, Oberpfaffenhofen, Deutschland; Interdepartmental Research Center “E. Piaggio”, Universität Pisa, Pisa, Italien

Tim Rokahr

Technischer Mitarbeiter des Robotik und Mechatronik Zentrum des DLR. Hauptarbeitsgebiete: Sicherheit in der Mensch-Roboter Interaktion, Crashtests in der Robotik.

Robotik und Mechatronik Zentrum, DLR, Oberpfaffenhofen, Deutschland

Sven Parusel

Wisenschaftlicher Mitarbeiter des DLR Robotik und Mechatronik Zentrum. Hauptarbeitsgebiete: physikalische Mensch-Roboter-Interaktion und reaktive Planung für Roboter in unstrukturierter Umgebung und in direkter Interaktion mit dem Menschen.

Robotik und Mechatronik Zentrum, DLR, Oberpfaffenhofen, Deutschland

Rainer Burgkart

Leiter der muskuloskelettalen Forschung und Lehre, Medizinischer Leiter der Abteilung für Biomechanik. Hauptarbeitsgebiete: innovative chirurgische roboter-/navigationsunterstützte Intervention, Kombination biomechanischer Gewebetechnik und VR-Technologie, Simulationstechnik, haptische Displaytechnologie und fortgeschrittene Ausbildungsgeräte.

Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Sportorthopädie, Ismaninger Str. 22, D-81675 München, Tel.: +49-(0)89/4140-5283, Fax: +49-(0)89/4140-4045

Antonio Bicchi

Direktor des Interdepartmental Research Center “E. Piaggio” der Universität Pisa, Adjunct Professor der Fakultät für Psychologie der Universität Florenz und Senior Scientist des Istituto Italiano di Tecnologia, Genova. Hauptarbeitsgebiete: Robotik, Haptik und multimodale Interfaces, Regelung hybrid kontinuierlicher/symbolischer dynamischer Systeme.

Research Center “E.Piaggio”, Faculty of Engineering, University of Pisa, Largo Lucio Lazzarino 1, I-56122 Pisa, Italien, Tel. +39 (0) 502217050, Fax +39 (0) 502217051.

Alin Albu-Schäffer

Direktor des Instituts für Robotik und Mechatronik im Robotik und Mechatronik Zentrum des DLR. Hauptarbeitsgebiete: Roboterregelung und -modellierung, nichtlineare Regelung, Roboter mit elastischen Gelenken, Impedanz- und Kraftregelung, physikalische Mensch-Roboter-Interaktion, Entwurf mechatronischer Systeme, Roboter mit variabler Gelenkimpedanz.

Robotik und Mechatronik Zentrum, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), D-82234 Wessling, Tel: +49-(0)8153-28-3689, Fax: +49-(0)8153-28-1134


Accepted: 2013-08-30

Received: 2013-01-02

Published Online: 2014-02-28

Published in Print: 2014-03-28


Citation Information: at – Automatisierungstechnik, Volume 62, Issue 3, Pages 175–187, ISSN (Online) 2196-677X, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2012-0236.

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©2014 Walter de Gruyter Berlin/Boston.Get Permission

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