We present an online and data-driven uncertainty quantification method to enable the development of safe human-robot collaboration applications. Safety and risk assessment of systems are strongly correlated with the accuracy of measurements: Distinctive parameters are often not directly accessible via known models and must therefore be measured. However, measurements generally suffer from uncertainties due to the limited performance of sensors, even unknown environmental disturbances, or humans. In this work, we quantify these measurement uncertainties by making use of conservation measures which are quantitative, system specific properties that are constant over time, space, or other state space dimensions. The key idea of our method lies in the immediate data evaluation of incoming data during run-time referring to conservation equations. In particular, we estimate violations of a-priori known, domain specific conservation properties and consider them as the consequence of measurement uncertainties. We validate our method on a use case in the context of human-robot collaboration, thereby highlighting the importance of our contribution for the successful development of safe robot systems under real-world conditions, e.g., in industrial environments. In addition, we show how obtained uncertainty values can be directly mapped on arbitrary safety limits (e.g, ISO 13849) which allows to monitor the compliance with safety standards during run-time.


翻译:我们提出了一个在线和数据驱动的不确定性量化方法,以便能够开发安全的人-机器人合作应用软件;系统的安全性和风险评估与测量的准确性密切相关:不同的参数往往无法通过已知模型直接获得,因此必须加以测量;然而,由于传感器的性能有限,即使环境扰动未知,或人类,测量通常会受到不确定因素的影响;在这项工作中,我们利用保护措施来量化这些测量不确定性,这些保护措施是数量性、系统特性,这些特性在时间、空间或其它国家空间层面时常居不变;我们方法的关键理念在于对运行期间收到的数据进行即时数据评价,其中涉及保护方程式;特别是,我们估计违反已知的首要领域特定保护特性的情况,并将之视为测量不确定性的后果;我们在人类-机器人合作的背景下验证使用方法,从而突出我们在现实世界条件下成功开发安全机器人系统,例如工业环境中安全系统的重要性;此外,我们展示了如何直接根据任意的安全限度(例如ISO13849)绘制获得的不确定性值,从而得以监测安全运行期间遵守标准的情况。

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