Ученые из Китайского университета Гонконга разработали метод, который помогает роботам корректировать позу человека при совместной работе. Система анализирует эргономику и силовые возможности рук в реальном времени.
Традиционно люди выбирают позу для переноса объектов интуитивно, исходя из окружающих условий и начального положения груза. Это часто приводит к неэффективным позам и потенциальным проблемам со здоровьем, таким как мышечно-скелетные расстройства. Существующие методы либо фокусируются только на безопасности, либо только на эффективности манипуляций, но не объединяют оба аспекта.
Новый подход использует упрощенную модель скелета верхних конечностей человека с четырьмя степенями свободы для каждой руки. Система вычисляет оптимальные углы суставов, минимизируя функцию затрат, которая учитывает эргономическую оценку по методу REBA и силовую манипулируемость. Манипулируемость определяется через эллипсоид силовых возможностей — это показывает, в каких направлениях человек может приложить больше усилий при данной конфигурации суставов. Робот CURI с двумя 7-DoF манипуляторами Franka Emika Panda использует контроллер предиктивного импеданса для плавного перевода человека в оптимизированную позу.
В экспериментах человек-человек при переносе боковых столиков система снизила среднюю активацию мышц на 41,7% и 48%, а максимальную — на 27% и 36,5% для разных поз. При переносе деревянной ширмы и тяжелого логистического коробку весом 15 кг результаты в парах человек-человек показали схожее снижение нагрузки. В отдельных испытаниях человек-робот три испытуемых переносили логистический коробку весом 3 кг, боковой стол 4,5 кг и угловой стол 4 кг. Средняя активация мышц снизилась на 17-39%, максимальная на 9-42% в зависимости от субъекта.
Ключевое преимущество метода — адаптация к разнообразным начальным позам захвата и формам объектов. Один испытуемый держал коробку двумя руками снизу, второй — одну руку сверху слева, другую снизу справа, третья — правую руку сверху, левую снизу. Во всех случаях система успешно корректировала позу, значительно снижая мышечную усталость. Оптимизированная поза не только уменьшает физическую нагрузку, но и существенно продлевает период безопасной работы без ущерба для здоровья.
Источник новости и обложки: arxiv.org