News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of SciencesNews of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of SciencesИзвестия Кабардино-Балкарского научного центра РАН1991-66392949-194028207710.35330/1991-6639-2024-26-6-67-81CXYWXVАвтоматизация и управление технологическими процессами и производствамиAutomation and control of technological processes and productionsResearch ArticleModeling algorithm to avoid collisions in robotic collaborative systemsМоделирование алгоритма предотвращения столкновений в робототехнических коллаборативных системахhttps://orcid.org/0000-0003-2352-992X1734-9056ШереужевМ. А.ShereuzhevM. А.
Russian Federation

Candidate of Engineering Sciences, Junior Research at the Center for Cognitive Technologies and Machine Vision, Senior Teacher at the Department SM7 Robotic systems and mechatronics

кан. тех. наук, мл. науч. сотр. Центра когнитивных технологий и машинного зрения, старший преподаватель кафедры СМ7 «Робототехнические системы и мехатроника»

shereuzhev@bmstu.ru7438-1760ArabadzhievD. I.АрабаджиевД. И.
Russian Federation

инженер Центра когнитивных технологий и машинного зрения, аспирант кафедры СМ7 «Робототехнические системы и мехатроника»

Engineer at the Center for Cognitive Technologies and Machine Vision, Postgraduate Student at the Department SM7 Robotic systems and mechatronics

denisarabadzhiev13@gmail.comСемянниковИ. В.SemyannikovI. V.
Russian Federation

Engineer of Student Robotics Office, Master Student at the Department SM7 Robotic systems and mechatronics

инженер студенческого бюро робототехники, магистрант кафедры СМ7 «Робототехнические системы и мехатроника»

semyannikoviv@student.bmstu.ruMoscow State University of Technology “STANKIN”Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»Moscow State Technical University named after N. E. BaumanМосковский государственный технический университет имени Н. Э. Бауманаru15122024202426667810203202502032025Copyright ©; 2024, Шереужев М.А., Арабаджиев Д.И., Семянников И.В.Copyright ©; 2024, Шереужев М.А., Арабаджиев Д.I., Семянников И.V.2024Шереужев М.А., Арабаджиев Д.И., Семянников И.В.Шереужев М.А., Арабаджиев Д.I., Семянников И.V.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rcsi.science/1991-6639/article/view/282077

In modern collaborative and industrial robotics, the issue of safety of human-robot interaction is one of the main problems. Due to the high mass and high-speed operating modes, a collision between the manipulator and the operator often leads to injury to a person. The aim of the work is to develop and test an algorithm to avoid collision for robots in a dynamic environment. The simulation was carried out in the Webots simulator using the virtual force method. The algorithm has shown high efficiency and reliability, maintaining a safe distance between a robot and a person. The developed system to avoid collision is suitable for industrial environments.

В современной коллаборативной и промышленной робототехнике вопрос безопасности взаимодействия человека и робота является одним из основополагающих. Ввиду больших моментов сил и высоких скоростных режимов работы столкновение манипулятора и оператора часто приводит к ранению человека. Цель работы – разработка и тестирование алгоритма предотвращения столкновений для роботов в динамичной среде. Моделирование производилось в симуляторе Webots с использованием метода виртуальных сил. Алгоритм показал высокую эффективность и надежность, поддерживая безопасное расстояние между роботом и человеком. Разработанная система предотвращения столкновений подходит для применения в промышленных условиях.

collision preventionsafetycollaborative robotWebotsпредотвращение столкновенийбезопасностьколлаборативный роботWebotНаучное исследование было профинансировано образовательными организациями в рамках проекта 2024–2026 годов в рамках гранта FSFS-2024-0012.The research was funded by educational organizations within the framework of the 2024–2026 project under grant FSFS-2024-0012.Haddadin S., Croft E. Physical human-robot interaction. Handbook of Robotics. Springer. 2016. Pp. 1835–1874. DOI: 10.1007/978-3-319-32552-1_69Villani V., Pini F., Leali F., Secchi C. Survey on human-robot collaboration in industrial settings: Safety, intuitive interfaces and applications. Mechatronics. 2018. Vol. 55. Pp. 248–266. DOI: 10.1016/j.mechatronics.2018.02.009Khatib O. Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots. The International Journal of Robotics Research. 1986. Vol. 5(1). Pp. 90–98. DOI: 10.1109/ROBOT.1985.1087247Siciliano B., Sciavicco L., Villani L., Oriolo G. Force control. Springer: London. 2009. Pp. 363–405.Rohmer E., Singh S.P.N., Freese M. V-REP: A versatile and scalable robot simulation framework. 2013 IEEE/RSJ international conference on intelligent robots and systems. 2013. Pp. 1321–1326. DOI: 10.1109/IROS.2013.6696520Reinstein M., Hoffmann M. Dead reckoning in a dynamic quadruped robot based on multimodal proprioceptive sensory information. IEEE Transactions on Robotics. 2012. Vol. 29(2). Pp. 563–571. DOI: 10.1109/TRO.2012.2228309Michel O., Rohrer B. Webots: professional mobile robot simulation. International Journal of Advanced Robotic Systems. 2009. Vol. 5(3). Pp. 39–42. DOI: 10.5772/5618Dellaert F., Fox D., Burgard W., Thrun S. Monte Carlo localization for mobile robots. Proceedings 1999 IEEE international conference on robotics and automation. 1999. Pp. 1322–1328.Jiang Y., Yang C., Ju Z., Liu J. Obstacle avoidance of a redundant robot using virtual force field and null space projection. Intelligent Robotics and Applications: XII International Conference, ICIRA. Springer. 2019. Pp. 728–739. DOI: 10.1007/978-3-030-27526-6_64Kim C.Y., Kim Y.H., Ra W.S. Modified 1D virtual force field approach to moving obstacle avoidance for autonomous ground vehicles. Journal of Electrical Engineering & Technology. 2019. Vol. 14. Pp. 1367–1374. DOI: 10.1007/s42835-019-00127-8Xu Q., Zhang T., Zhou K. et al. Active collision Aaoidance for robotic Aam based on artificial potential field and deep reinforcement learning. Applied Sciences. 2024. Vol. 14(11). P. 4936. DOI: 10.3390/app14114936