Proactive robot task sequencing through real-time hand motion prediction in human–robot collaboration

任务(项目管理) 机器人 计算机科学 人工智能 运动(物理) 计算机视觉 人机交互 人机交互 工程类 系统工程
作者
Shyngyskhan Abilkassov,Michael Gentner,Almas Shintemirov,Eckehard Steinbach,Mirela Popa
出处
期刊:Image and Vision Computing [Elsevier BV]
卷期号:155: 105443-105443
标识
DOI:10.1016/j.imavis.2025.105443
摘要

Human-robot collaboration (HRC) is essential for improving productivity and safety across various industries. While reactive motion re-planning strategies are useful, there is a growing demand for proactive methods that predict human intentions to enable more efficient collaboration. This study addresses this need by introducing a framework that combines deep learning-based human hand trajectory forecasting with heuristic optimization for robotic task sequencing. The deep learning model advances real-time hand position forecasting using a multi-task learning loss to account for both hand positions and contact delay regression, achieving stateof-the-art performance on the Ego4D Future Hand Prediction benchmark. By integrating hand trajectory predictions into task planning, the framework offers a cohesive solution for HRC. To optimize task sequencing, the framework incorporates a Dynamic Variable Neighborhood Search (DynamicVNS) heuristic algorithm, which allows robots to pre-plan task sequences and avoid potential collisions with human hand positions. DynamicVNS provides significant computational advantages over the generalized VNS method. The framework was validated on a UR10e robot performing a visual inspection task in a HRC scenario, where the robot effectively anticipated and responded to human hand movements in a shared workspace. Experimental results highlight the system's effectiveness and potential to enhance HRC in industrial settings by combining predictive accuracy and task planning efficiency.
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