Many service robots are based on mobile robot platforms which realize mobility in low cost. Mobile service robots have become essential for various services for their advantages. There are many issues with mobile robots in uncertain service environment. Safety and interface problems are such issues for physical Human-Robot Interaction(pHRI) in service applications. In service area, there are some possibilities of collision between human and robot. Giving compliance to robots can be one of solutions to prevent hard collision and make the contact safe during physical human-robot interaction. In addition, intuitive interface with which anyone can push or pull the robot at will is necessary because there can be any clients who want to position the robot. This paper deals with safety and interface problems in pHRI based on a mobile platform
Spring assistant wheels give the robot platform compliance to the external force by using the tilt motion. In addition, the mobile platform is able to generate the compliance motion with the tilt angle control in the similar way with the self-balancing control of inverted pendulums.
The tilt angle data can be used to estimate external force. However, the tilt angle is also varied by the acceleration of robots itself without external force. Therefore, it is important to distinguish the effect of external force and acceleration in tilt angle data. An algorithm based on the sensor data collected from free driving state is introduced to find dynamic relations between motion and force and estimate the external force. The estimated force shows distinguishable signal from errors in driving state and is used for the impedance controller which is designed based on a velocity controller.
In experiments, it has been verified that the robot can be controlled by the external force from human while it performs previously given trajectories. It was shown that the proposed algorithm allowed human to position the robot or modify velocity of the robot by pushing or pulling.
현재 개발되고 있는 많은 수의 서비스 로봇들은 이동성 확보를 위하여 이동 로봇 플랫폼을 기반으로 하고 있다. 불확실한 서비스 환경에서의 이동 로봇 플랫폼에는 수많은 이슈들이 존재한다. 물리적 인간-로봇 상호작용을 통한 안전성 개선 및 조작성 확보 관련 문제가 그들 중 하나이다. 서비스 공간에서 로봇이 동작할 시에는 항상 사람과의 충돌이 발생할 가능성이 있다. 로봇에게 외력에 대한 순응성을 주게 되면 사람이 로봇과의 강한 충돌을 예방하거나 물리적 상호작용중의 접촉을 보다 안전하게 만들 수 있게 해준다. 또 서비스 공간에는 로봇을 상황에 따라 임의로 조작하기 원하는 고객이 있을 수 있기 때문에 누구나 접근이 가능한 직관적 조작 인터페이스가 필요하다. 이 논문에서는 모바일 플랫폼에서의 물리적 상호작용을 기반한 안전과 인터페이스 관련 문제를 다룰 것이다.
이동 로봇에 스프링 보조바퀴를 장착하게 될 경우 단단한 보조바퀴와는 달리 기울기 방향의 자유도를 통해 로봇플랫폼에 외력에 대한 순응성이 생긴다. 게다가 이와 같은 형태의 이동 로봇 플랫폼은 기울기 정보를 토대로 제어를 할 경우 역진자 플랫폼의 자세제어와 유사한 방식으로 일시적인 순응 동작을 취하게 된다.
제안된 이동 로봇 플랫폼의 기울기 정보는 외력을 측정하는데 사용될 수 있다. 하지만 로봇의 기울기는 로봇이 스스로 가속할 때도 변화가 일어난다. 그러므로 기울기 정보를 통해 외력을 측정하고자 한다면 기울기 변화가 외력에 의한 것인지 가속에 의한 것인지 구분 할 수 있어야 한다. 로봇의 동작과 외력간의 관계를 알아내기 위해 자율 주행 상태에서의 센서데이터를 기반으로 한 알고리즘이 제안되었다. 이 알고리즘을 통해 측정된 외력은 주행 중에 발생하는 오차와 충분히 구분 가능한 측정치를 보여주었으며 이렇게 측정된 외력 정보를 이용하여 속도제어기 기반의 임피던스 제어기가 설계되었다.
실험결과에서 로봇이 주어진 경로를 추종하고 있는 도중에도 불구하고 사람의 외력에 의해 제어되는 것을 확인하였다. 따라서 제안된 알고리즘을 통하여 사람이 밀고 당기는 행위를 통하여 정지해 있는 로봇을 이동시키거나 주행중인 속도를 변화시키는 것을 허락하는 것을 확인하였다.
