Robot Motion Control for Overcoming Obstacles During Human-Robot Co-transportation of Deformable Objects = 변형체의 사람-로봇 공동운송 중 장애물 극복을 위한 로봇 모션 제어

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Compared to the past, robots are now widely used in industrial settings as well as in daily life. However, adapting all work environments to accommodate robots introduces challenges in terms of time, space, and cost. Consequently, research on Human-Robot Collaboration (HRC), where humans and robots coexist and perform the same tasks simultaneously, has been actively pursued. Among these studies, Co-transportation has received significant attention. Key considerations in Co-transportation include understanding human intent what task the human wants to perform and how ensuring the safety of both humans and the environment, maintaining work efficiency, and enabling obstacle avoidance to build trust during collaboration. Most Co-transportation studies have focused on rigid objects, for which existing haptic-based methods can easily infer human intent. In contrast, deformable objects disperse forces due to their deformation, making it difficult to determine human intent using traditional haptic approaches. Therefore, alternative methods are required to transport deformable objects effectively. In this Thesis, introduces a study in which humans and robots collaborate to transport deformable objects while avoiding obstacles and performing tasks. Unlike traditional approaches, the proposed method uses a vision sensor to infer human intent and employs Quadratic Programming (QP) as an optimization framework to enable the robot to reach desired target positions while simultaneously avoiding obstacles. This allows the execution of HRC in which both the human and the robot can cooperatively transport deformable objects.

국문 초록 (Abstract)

현재는 과거에 비해 산업 현장이나 일상생활에 로봇이 많이 사용되고 있다. 하지만 모든 작업 환경을 로봇에 맞추기에는 시간과 공간, 그리고 경제적인 이유에서의 문제점이 생긴다.
이 때문에 로봇들만 존재하는 작업 환경보다 로봇과 사람이 함께 존재하며 같은 업무를 동시에 수행하는 Human-Robot Collaboration (HRC)에 대한 연구가 활발히 진행중인데, 그중 공동 운송에 대한 연구들 또한 많이 진행이 되고 있다. 이러한 공동 운송시 중요한 것은 사람이 어떤 작업을 어떻게 하고 싶어하는지에 대한 사람의 의도 파악, 사람과 환경의 안전,작업 효율, 협업 시의 신뢰를 위한 장애물 회피 수행 능력이다. 대부분의 공동 운송 연구들은 강체를 운송해 왔으며 강체는 의도 파악을 하는 데 기존의 햅틱방식을 쉽게 활용할 수 있다면, 변형체는 변형으로 인해 힘을 정확히 전달하지 못해 햅틱방식으로는 사람의 의도를 파악하는 것이 어렵다. 때문에 변형체를 운송하기 위해서는 다른 방식이 필요하다.
본 논문에서는 사람과 로봇이 협업을 통해 장애물을 피해 변형체를 운반하고 작업을 수행할 수 있는 연구를 소개하려 한다. 기존의 전통적인 기술들과 다른 방법을 통해 강체를 비롯한변형체에도 사용이 가능하도록 Vision Sensor를 통해 사람의 의도를 파악하고 최적화 방법인 Quadratic Programmning(QP)를 사용해 로봇이 원하는 목표 지점으로 이동함과 동시에 장애물을 피하는 컨트롤을 할 수 있도록 하여 로봇과 사람이 변형체를 운반하는 HRC를 수행할 수 있도록 하려고 한다.

목차 (Table of Contents)

• 1 Introduction 1
• 2 Literature review 4
• 3 Target tracking method 11
• 4 QP-based robot motion control 18
• 4.1 Quadratic Programming 18
• 4.1.1 Objective Function 18
• 4.1.2 Constraints 22
• 5 Experiment 26
• 5.1 Experiment in Simaulation 26
• 5.1.1 Simaulation Envirionment 26
• 5.1.2 Simulation Results 27
• 5.2 Experiment in Real World 32
• 5.2.1 Hardware Description 32
• 6 Conclusion 38
• References 40
• 국문초록 44