Ergonomically optimized path-planning for industrial human–robot collaboration

运动规划 机器人 路径(计算) 计算机科学 控制工程 工程类 人工智能 程序设计语言
作者
Atieh Merikh Nejadasl,Jihad Achaoui,Ilias El Makrini,Greet Van de Perre,Tom Verstraten,Bram Vanderborght
出处
期刊:The International Journal of Robotics Research [SAGE]
标识
DOI:10.1177/02783649241235670
摘要

This paper focuses on improving the ergonomics of industrial workers. It addresses the critical implications of poor ergonomics, which can lead to musculoskeletal disorders over time. A novel methodology for a path-planning algorithm designed for human–robot collaboration was introduced to tackle this challenge. The algorithm’s essential contribution lies in determining the most ergonomic path for a robot to guide a human’s hand during task execution, facilitating a transition toward an optimized body configuration. The algorithm effectively charts the ergonomic path by adopting a Cartesian path-planning approach and employing the cell decomposition method. The methodology was implemented on a dataset of ten individuals, representing a diverse group of male and female subjects aged between 20 and 35, with one participant being left-handed. The algorithm was applied to three different activities: “stacking an item,” “taking an object from a shelf,” and “assembling an object by sitting over a table.” The results demonstrated a significant improvement in the REBA score (as a measure of ergonomics condition) of the individuals after applying the algorithm. This outcome reinforces the efficacy of the methodology in enhancing the ergonomics of industrial workers. Furthermore, the study compared the performance of A* with three heuristic functions against Dijkstra’s algorithm, aiming to identify the most effective approach for achieving optimal ergonomic paths in human–robot collaboration. The findings revealed that A* with a specific heuristic function surpassed Dijkstra’s algorithm, underscoring its superiority in this context. The findings highlight the potential for optimizing human–robot collaboration and offer practical implications for designing more efficient industrial work environments.

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