面向人機協作中的安全物理交互仿真分析*

蹇興強，穆春陽，馬 行，田國禾，張春濤

(北方民族大學 a.寧夏智能信息與大數據處理重點實驗室；b.電氣信息工程學院；c.機電工程學院，銀川 750021)

0 引言

隨著機器人技術的快速發展，越來越多的機器人進入到人類的生產、生活環境中，需要機器人與人進行交互的要求也越來越多。機器人與人的交互分為人機物理交互和人機認知交互[1]。當機器人本體與人類用戶接觸時即稱為人機物理性交互，人機物理交互系統通常完成一些機器人與人或外界環境交互的任務，需要保證安全性、柔順性和穩定性[2-3]。如常見的人機物理交互應用有主動康復訓練機器人[4-6]、機器人主動柔順拋磨[7]、手術機器人導納安全控制[8]、基于物理人機交互的智能助行器[9]、具有安全物理交互能力的柔性關節協作機器人等[10-12]。機器人-環境-人的物理交互過程,外力感知和交互控制對于保證其安全性并提高其交互性能具有非常重要的意義，如在人機協作場合，好的物理交互能更好地保證安全和效率。HADDADIN等[13]將機器人在非約束條件下通過碰撞仿真研究得出機器人對人的傷害程度主要與機器人質量、碰撞速度、接觸剛度、碰撞方式等有關。

當機器人與人的物理交互接觸超出安全閾值時會對彼此造成傷害。因此，在人機協作中實現機器人本體與人類用戶發生物理接觸時進行有效安全的交互十分重要。

針對機器人的安全性問題，ISO于2016年制定了安全標準ISO 10218，其中定義了4種類型的協作操作及相應的安全措施，包括安全級監控停止、手動牽引、速度和距離監控、功率及力限制[14]。……