МЯГКАЯ РОБОТОТЕХНИКА В КООПЕРАТИВНЫХ ЗАДАЧАХ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

МЯГКАЯ РОБОТОТЕХНИКА В КООПЕРАТИВНЫХ ЗАДАЧАХ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Б.А. Спасский
К.т.н., Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), начальник отдела, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, тел.: +7(812)552-13-25, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В.В. Титов
ЦНИИ РТК, н.с., Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, тел.: +7(812)552-60-93, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

И.В. Шардыко
ЦНИИ РТК, н.с., Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, тел.: +7(812)552-60-93, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 11 января 2018 года

Аннотация
Создание кооперативных роботов, работающих в тесном контакте с человеком, – интенсивно развивающееся направление мягкой робототехники. Актуальность разработки таких роботов обусловлена необходимостью оказания помощи людям при выполнении тяжелых работ на промышленных предприятиях и повседневных работ по дому, ухода за пожилыми людьми и инвалидами, медицинского обслуживания в больницах и послеопе-рационной реабилитации, обеспечения досуга и обучения. Кооперативное применение, естественное для подобных задач, подразумевает абсолютную безопасность, высокую функциональную гибкость и автономность используемых роботов.
Для этого необходима разработка новых технологий в области управления, создание новых конструктивных решений, разработка алгоритмов планирования и выполнения движения, обеспечивающих безопасность физического взаимодействия человека и робота.
Подчеркивается, что развитие кооперативных роботов невозможно без разработки современных приводных систем с изменяемой податливостью.
В работе описаны предпосылки развития мягкой робототехники, рассматриваются принципы построения современных систем с управляемой жесткостью, в том числе шарниров с виртуальной жёсткостью, с фиксированной и управляемой механической жёсткостью, а также общие подходы к созданию мягких роботов. Приведены примеры использования кооперативных роботов на производстве, в медицинских учреждениях и в быту.

Ключевые слова
Кооперативный робот, кобот, мягкая робототехника, физическое взаимодействие человека и робота, последовательный упругий актуатор, привод с управляемой жёсткостью, управление жёсткостью, управление податливостью, импедансное управление.

Индекс УДК 
004.896:007.51

Библиографическое описание 
Спасский Б.А. Мягкая робототехника в кооперативных задачах: состояние и перспективы развития / Б.А. Спасский, В.В. Титов, И.В. Шардыко // Робототехника и техническая кибернетика. – №1(18). – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2018. – С. 14-25.

Литература

  1. Спасский Б. А. Зарубежные программы развития робототехники / Б.А. Спасский // Робототехника и техническая кибернетика. – 2015. – 1 (6). – С. 6-11.
  2. Probo, an Intelligent Huggable Robot for HRI Studies with Children / K. Goris [et al.] // Human-Robot Interaction. – INTECH, Croatia. – 2010. – Pp. 33-42.
  3. World Robotics 2017. Service Robots // International Federation of Robotics (IFR) Statistical Department. – 2017-2018.
  4. Robot ERA Project [Electronic resource] // Robot ERA : [site]. – URL : http://www.robot-era.eu/robotera/ (дата обращения: 18.01.2018).
  5. EU funded projects in IST for aging well [Electronic resource] // Eurocarers : [site]. – URL : http://eurocarers.org/userfiles/files/OverviewofEU-fundedrunningprojectsintheareaofICTforAgeingWell.pdf (дата обращения: 07.02.2018).
  6. Opportunities and Challenges for the Design of Inherently Safe Robots / A. Raatz [et al.] // Soft Robotics. – Berlin, Heidelberg: Springer. – 2015.
  7. Physical human-robot interaction in anthropic domains: Safety and dependability / A. Albu-Schaeffer [et al.] // IARP International Workshop on Technical challenges and for Dependable Robots in Human Environments (IARP 2005). – Nagoya, Japan. – 2005.
  8. Haddadin S. Towards Safe Robots. Approaching Asimov's 1st Law / Sami Haddadin // Springer. – 2013.
  9. Hogan N. Impedance control: An Approach to Manipulation: Part III – applications / N. Hogan // Journal of dynamic systems, measurement, and control. – Vol. 107, no. 2. – Pp. 17-24. – March 1985.
  10. Christian Ott. The DLR Lightweight Robots / Ott Christian // Cartesian Impedance Control of Redundant and Flexible-Joint Robots (Springer Tracts in Advanced Robotics). – Vol. 49. – 2008.
  11. Hyon S.-H. Full-body compliant human-humanoid interaction: balancing in the presence of unknown external forces / S.-H. Hyon, J.G. Hale, G. Cheng // IEEE Transactions on Robotics. – Vol. 23 (5). – 2007. – Pp. 884-898.
  12. Dynamic torque control of a hydraulic quadruped robot / T. Boaventura [et al.] // IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA. – IEEE. – 2012. – Pp. 1889-1894.
  13. Шардыко И.В. Импедансное управление в манипуляционных системах – эффективный способ повышения безопасности применения и удобства управления / И.В. Шардыко, В.В. Титов // Cборник тезисов до-кладов XXI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. – РКК Энергия. – Королёв. – 2017.
  14. LBR-iiwa [Electronic resource] // Kuka: [site]. – URL : https://www.kuka.com/en-cn/products/robotics-systems/industrial-robots/lbr-iiwa (дата обращения: 14.02.2018).
  15. Atlas. The World's Most Dynamic Humanoid [Electronic resource] // Boston Dynamics: [site]. – URL : https://www.bostondynamics.com/atlas (дата обращения: 14.02.2018).
  16. Variable impedance actuators: A review / B. Vanderborght [et al.] // Robotics and Autonomous Systems. – Vol. 61, Iss. 12. – December 2013. – Pp. 1601-1614.
  17. Pratt, G.A. Series Elastic Actuators / G.A. Pratt, M.M. Williamson // In Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Human Robot Interaction and Cooperative Robots. – Pittsburgh, PA, USA. – 5-9 August 1995. – Vol. 1. – Pp. 399-406.
  18. Eitel Elisabeth. The rise of soft robots and the actuators that drive them. Sep. 12, 2013 [Electronic resource] / Elisabeth Eitel // Machinedesign: [site]. – URL : http://machinedesign.com/robotics/rise-soft-robots-and-actuators-drive-them (дата обращения: 03.02.2018).
  19. Variable Stiffness Actuators. Review on Design and Components / S. Wolf [et al.] // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. – Vol. 21(5):1 – 1 January 2015.
  20. Wolf S. The DLR FSJ: Energy based design of a variable stiffness joint / S. Wolf, O. Eiberger, G Hirzinger // 2011 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Shanghai International Conference Center. – May 9-13, 2011. – Shanghai, China.
  21. Wolf S. A new variable stiffness design: Matching requirements of the next robot generation / S. Wolf, G. Hir-zinger // IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA 2008). – Pasadena, USA. – Pp. 1741-1746. – 2008.
  22. Kajikava S. A new VSJ mechanism for multi-directional passivity and quick response / S. Kajikava, T. Akasaka, K. Igarashi // 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). – Daejeon Convention Center. – October 9-14, 2016. – Daejeon, Korea.
  23. Mechanical Design of a Compact Serial Variable Stiffness Actuator (SVSA) Based on Lever Mechanism / J. Sun [et al.] // 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). – Singapore. – May 29 – June 3, 2017.
  24. A Passivity-Based Approach for Trajectory Tracking and Link-Side Damping of Compliantly Actuated robots / M. Keppler [et al.] // 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). – Stockholm, Sweden. – May 16-21, 2016.
  25. Modeling, Design and Characterization of a Novel Passive Variable Stiffness Joint (pVSJ) / M.I. Awad [et al.] // 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). – Daejeon Convention Center. – October 9-14, 2016. – Daejeon, Korea.
  26. Li X. Design of a Structure-Controlled Variable Stiffness Actuator Based on Rotary Flexure Hinges / X. Li, W. Chen, W. Lin // 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). – Singapore. – May 29 – June 3, 2017.
  27. Спасский Б.А. Приводы в робототехнике. Перспективы развития / Б.А. Спасский // Робототехника и техническая кибернетика. – 2016 . – 1 (10) . – С. 7-17.
  28. Peshkin M. Cobots / M. Peshkin, J.E. Colgate // Industrial Robot. – 1999. – Vol. 26 (5). – Pp. 335-341.
  29. Bruno Siciliano. Springer Handbook of Robotics [2nd] // Ed. by Siciliano, Khatib. – 2227 p.
  30. Global Collaborative Robot Hardware Market, Analysis & Forecast, 2016-2021 (Focus on Major Industries and Applications) [Electronic resource] // BIS Research: [site]. – URL : https://bisresearch.com/industry-report/global-cobots-market-report-forecast.html(дата обращения: 23.01.2018).
  31. Cobots Technology: The Next Big Thing in Industrial Robotics, December 6, 2016 [Electronic resource] // BIS Research: [site]. – URL : https://bisresearch.com/blog/cobots-technology-the-next-big-thing-in-industrial-robotics/(дата обращения: 24.01.2018).
  32. Gosselin F. Development of a New Backdrivable Actuator for Haptic Interfaces and Collaborative Robots / F. Gosselin, F. Ferlay, A. Janot // Actuators. – 2016, 5, 17.
  33. White Paper. An Introduction to Common Collaborative Robot Applications [Electronic resource] // Universal Robots: [site]. – URL : https://info.universal-robots.com/hubfs/Enablers/White%20papers/Common%20Cobot%20Applications.pdf?submissionGuid=9212c11c-4333-4ed1-83db-b812b1bca0d8 (дата обращения: 15.01.2018).
  34. High performance collaborative robot Sawyer [Electronic resource] // Rethink Robotics: [site]. – URL : http://www.rethinkrobotics.com/sawyer/ (дата обращения: 19.01.2018).
  35. Виноградов П.В. Некоторые направления развития космической робототехники [Текст] / П.В. Виноградов, А.Б. Железняков, Б.А. Спасский // Робототехника и техническая кибернетика. – 2015 . – 4 (9) . – С. 3-12.
  36. Re-Engineering a High Performance Electrical Series Elastic Actuator for Low-Cost Industrial Applications / K. Isik [et al.] // Actuators 2017, 6(1), 5.
  37. Assistance and Service Robotics in a Human Environment / Yacine Amirat [et al.] // Robotics and Autonomous Systems. – Vol. 75, Part A. – January 2016. – Pp. 1-3.
  38. The strong robot with the gentle touch. Press Release. February 23, 2015 [Electronic resource] // RIKEN: [site]. – URL : http://www.riken.jp/en/pr/press/2015/20150223_2/ (дата обращения: 07.02.2018).
  39. The service robot Care-O-bot 4. CAN Newsletter 1/2016 [Electronic resource]. – Fraunhofer IPA: [site]. – URL : https://www.care-o-bot.de/content/dam/careobot/en/documents/Publications/2016_02_CANopen-Newsletter_Care-O-bot4.pdf (дата обращения: 07.02.2018).
  40. HERB. A home exploring robotic butler / S. Siddhartha [et al.] // [Electronic resource]. – WIRED: [site]. – URL : https://www.wired.com/2010/07/butler-robot-can-fetch-drinks-snacks/ (дата обращения: 07.02.2018).
  41. Hobbit, a care robot supporting independent living at home: First prototype and lessons learned / D. Fischinger [et al.] // Robotics and Autonomous Systems 75. – 2016. – Pp. 60-78.
  42. Application of FinRay effect approach for production process / O. Pfaff [et al.] // Annals of DAAAM for 2011 & Proceedings of the 22nd International DAAAM Symposium. – Vol. 22. – No. 1, 4. – Published by DAAAM International, Vienna, Austria, EU. – 2011.
  43. Hobbit - The Mutual Care Robot / D.Fischinger [et al.] // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS-2013). – Tokyo, Japan. – 2013.

Полный текст статьи (pdf)

Адрес редакции:  Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21   Тел.: +7(812) 552-13-25 e-mail: zheleznyakov@rtc.ru 
 
 
vk2    tg2