[論文レビュー] ISO/TS 15066: How Different Interpretations Affect Risk Assessment

Robin Jeanne Kirschner, Nico Mansfeld+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2022

Human-Automation Interaction and Safety被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、ISO/TS 15066における人間-ロボット接触シナリオの定義に深刻な矛盾が存在することを特定し、異なる解釈がリスク評価の不一致や安全でない力の予測を引き起こすことを示している。本研究では、リスク評価を標準化・高速化するための意思決定ツリーと制約付き衝突力マップ（CCFMs）を提案し、実験的作業を削減し、共同ロボティクス分野における安全性と適合性を向上させている。

ABSTRACT

The current technical specification ISO/TS15066:2016(E) for safe human-robot interaction contains logically conflicting definitions for the contact between human and robot. This may result in different interpretations for the contact classification and thus no unique outcome can be expected, which may even cause a risk to the human. In previous work, we showed a first set of implications. This paper addresses the possible interpretations of a collision scenario as a result of the varying interpretations for a risk assessment. With an experiment including four commercially available robot systems we demonstrate the procedure of the risk assessment following the different interpretations of the TS. The results indicate possible incorrect use of the technical specification, which we believe needs to be resolved in future revisions. For this, we suggest tools in form of a decision tree and constrained collision force maps, which enable a simple, unambiguous risk assessment for HRI.

研究の動機と目的

• ISO/TS 15066:2016(E)における接触シナリオ定義の解釈の不一致、特に一時的接触および準静的接触フェーズに関するものについて特定・分析すること。
• これらの不一致な定義が、現実のHRIにおいて、リスク評価の結果に顕著な差を生じさせ、安全でない力の予測につながることを調査すること。
• 4台の商用共同ロボット（KUKA LWR iiwa 14, TM5 700, UR10e, FE robot）を用いた実験的妥当性評価を通じて、これらの不一致の実際の影響を評価すること。
• 明確で再現可能かつ効率的なHRIにおけるリスク評価を可能にする標準化ツール（特に意思決定ツリーと制約付き衝突力マップ（CCFMs））を提案すること。
• 今後のISO/TS 15066の改訂において、用語の曖昧さを解消し、提案されたツールを統合することで、安全性と適合性を向上させるよう提言すること。

提案手法

• 動的で制約付きの接触シナリオ下での接触力測定を目的とした、標準化されたテスト手順に従い、4台の商用共同ロボットに対して実験的リスク評価を実施した。
• ISO/TS 15066で規定された力モデルを用いて理論的接触力を予測し、PRMSデバイスを用いて実測値と比較した。
• 実験データに基づき、制約付き衝突力マップ（CCFMs）を構築し、ロボットの基準立方体上でのロボット速度と接触点（中心部 vs. 外縁部）における期待される接触力をマップ化した。
• 接触イベントの種類と力フェーズを一貫して分類できるようにするため、意思決定ツリーを提案した。これにより、リスク評価における曖昧さが低減された。
• 色分けされたCCFMsを用いて、ISO/TS 15066で定められた280 Nのしきい値を下回る可能性が高い速度範囲を特定し、実験的妥当性評価を迅速化した。
• CCFMsが、安全な作動速度を見つけるために必要な実験反復回数を著しく削減できることを実証した。これにより、作業の効率性と信頼性が向上した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ISO/TS 15066における「一時的」および「準静的」接触フェーズの定義の不一致が、どのようにリスク評価の結果に差を生じさせるか？
• RQ2 接触イベントの種類（制約付き vs. 制約なし）に対する異なる解釈が、予測される接触力とその結果の安全性適合性にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 複数のロボットプラットフォームにおいて、実世界の衝突シナリオにおけるISO/TS 15066の理論的力予測と実際の測定値との間にどのような差が生じるか？
• RQ4 制約付き衝突力マップ（CCFMs）は、HRIにおける実験的リスク評価に要する時間と労力を著しく削減できるか？
• RQ5 用語と手法にどのような改善を加えることで、共同ロボティクス分野におけるリスク評価の明確さ、一貫性、安全性を高められるか？

主な発見

• ISO/TS 15066における接触定義の異なる解釈により、理論的接触力の予測値と実測値との差が100 N以上に達する場合があり、これは適合不能の重大なリスクを示している。
• 4台の商用ロボット（KUKA LWR iiwa 14, TM5 700, UR10e, FE robot）を用いた実験的妥当性評価により、明確な指針がないため、純粋な実験的リスク評価が時間と効率を要することが確認された。
• 制約付き衝突力マップ（CCFMs）は、異なるロボット速度と接触点における接触力を的確に予測でき、安全な作動範囲の迅速な特定に有効であった。
• CCFMsの活用により、280 Nのしきい値を下回る可能性が高い速度範囲に焦点を当てられるようになったため、必要な実験反復回数が削減された。
• 意思決定ツリーは、接触シナリオの分類を一貫した枠組みで行えるようにし、用語の曖昧さを低減し、リスク評価の再現性を向上させた。
• 本研究は、現在のISO/TS 15066の用語体系が、明確なリスク評価に不十分であることを示しており、今後の標準化においてCCFMsや標準化された定義を統合する必要があることを示唆している。