人–机器人协同作业中的人因问题研究综述

近年来,人机协同因可以提高生产效率和产品质量、降低生产成本,在电子智能制造中发挥着越来越重要的作用。然而,现有的人机协同系统开发主要采用操作人员主导或协作机器人主导的方式,操作人员和机器人按照预先定义的指令反应性地执行操作,远未实现机器人自动化和用户认知的有效集成,僵化的人机关系无法胜任复杂的制造任务,也无法减轻操作人员的身心负担。针对这些现状,文中从人机信任、人因安全和人机工效3个关键方面,探讨了人因评估的方法。此外,还对当前人机协同作业中的人因设计进行了总结,以促进更高效、安全和人性化的协作。最后阐述了人机协同当前面临的挑战和未来的发展,为未来的研究指明了方向。     

多臂协作机器人技术与应用现状及发展趋势

随着劳动力紧缺及人力成本的不断升高,需要使用机器人的领域越来越多,数量也越来越大。就许多应用场景而言,任务复杂多变、应用环境和条件限制也各有不同,单臂协作机器人已不能满足要求,多臂协作机器人系统便应运而生,且已成为未来发展的重要领域。因为发展的时间较短,还需要研发人员做大量的工作。对多臂协作机器人的技术与应用现状进行了较为系统的梳理归纳,从影响较大的几个方面,即多臂协作机器人的应用、机构与轻量化设计、动力学与控制、协同技术、人工智能技术进行了综述。在此基础上,根据人工智能、控制等领域的新发展,提出了多臂协作机器人今后应该加强研究和发展的6个方向,如应用场景向深度人机协同方向发展、结构及零部件更注重高速、高精度和高功重比、在动力学方面将更加重视平顺性设计、协调式协作机器人系统需朝着分层多元化发展、控制将更加趋于自适应柔顺控制和自主决策、交互趋于多信息融合的多维安全保护与自然交互。     

增强现实辅助的互认知人机安全交互系统

在现代制造业中,人和机器人的交互共融是制造智能化的焦点问题之一。在人机交互中,机器人对工人的伤害风险是影响安全生产的关键因素。然而,在动态、不确定性的人机交互环境中,目前的人机安全交互系统仍然是基于机器人对环境的感知实现被动避让,缺乏基于互认知的自适应决策。为提高人对环境的认知能力,并增强机器人的自主避让和自适应能力,设计并实现了一种基于可穿戴增强现实技术的互认知人机安全交互系统。其中,可穿戴增强现实设备作为人机交互的媒介,实现机器人的虚实注册和工作环境的虚拟映射,收集人、机器人和作业空间的信息,实时为操作人员和机器人提供互认知辅助。互认知人机安全交互系统从三个方面确保人机安全：根据人机距离的机器人速度控制和安全区域可视化;虚实映射的运动预览和碰撞检测;基于深度强化学习的机器人避障策略。最后,通过搭建原型系统验证了所提出系统设计方法的可行性,以期促进先进人工智能技术与人机交互技术的融合发展,实现人机共融、安全协作。     

基于公理设计的人机协作数字孪生建模技术

人本智造是未来智能制造发展的重要方向，安全可信的人机协作是实现人本智造的基础。数字孪生所强调的以虚映实和以虚控实的思想与以人为核心的人机协作需求相匹配，为面向人本智造的人机协作新范式转变提供了新思路。目前欠缺关于人机协作数字孪生模型建模方法的研究，以满足数字孪生技术在人机协作领域中的应用需求。提出面向人机协作智造的数字孪生建模技术，从机器人模型和协作人员模型两方面展开人机协作模型建模机理分析。首先分析了机器人模型和协作人员模型具备的特征，在此基础上提出机器人模型和协作人员模型的基本组成结构，为人机协作数字孪生模型构建提供理论支持；建立了基于公理化设计理论的人机协作模型构建框架，提出了人机协作数字孪生模型的建模步骤；最后，以人机协作抓取数字孪生模型的构建过程为例，详细介绍了模型的构建过程，验证了所提方法的可行性。     

基于机器视觉的双臂协作机器人拧紧装配实验研究

针对发动机连杆装配过程复杂繁琐且操作人员易受伤害的问题,提出一种基于机器视觉和力觉协同引导下的双臂协作机器人拧紧装配策略。在建立双臂协作机器人运动学模型的基础上,协作机器人首先通过左臂进行机器视觉识别及引导,带动右臂在PID算法下进行位姿调整及伺服机构的粗定位;在精定位阶段,运用机器人末端的力觉信息反馈,实现扭矩监控和拧紧螺栓双向协同作业,协力完成拧紧工序的力觉精确调整;通过以上装配策略,实现发动机连杆拧紧全过程管理,提升了装配工艺操作的高效性及安全性。实验结果表明：基于机器视觉和力觉协同引导下的双臂协作机器人装配安装过程全程可控,且装配结果符合生产工艺要求,可在序列化生产中推广应用。     

面向微电机的双机器人协作工作空间分析与计算

为实现双机器人协同装配微电机组件的任务,需要确定双机器人协同装配工作空间。建立双机器人协同装配运动学约束关系,推导协作工作空间的定义,说明协作工作空间与双机器人布局形式的关系;采用蒙特卡洛法计算双机器人工作空间,提出一种基于空间网格划分的方法计算双机器人协作工作空间。在V-REP软件中搭建微电机自动化装配生产线虚拟仿真环境,通过编写LUA脚本计算出双机器人工作空间和协作工作空间,直观地验证了双机器人布局形式的合理性,为实际生产提供理论依据和算法支撑。     

面向人机协同的机械产品创新设计研究

人机协同是人工智能中的重要部分,基于机械产品创新设计机理,提出了在人机协同背景下,面向人机协同的机械产品创新设计的可拓模型。并以人工智能与产品的现实需求提出了实现面向人机协同的创新产品设计的三大策略:增强用户体验、遵循普适化与自然性、智能化与可移动化原则,并充分地运用可拓模型。     

工业机器人安全防护技术综述

工业机器人广泛应用于各生产领域,安全是其最重要的性能指标之一.从工业机器人安全技术的重要性出发,分析了导致机器人安全事故的主要原因,从机器人本体控制、机器人操作、人机干涉碰撞3个方面介绍和归纳了目前国内外机器人安全防护技术的实现方法和特性.总结了现有防护技术在新的人机协作生产模式下存在适应性、灵活性等方面的问题,对基于机器视觉和触觉传感器相融合的安全防护技术进行了展望,为未来进一步深入研究提供参考.     

基于模仿学习的人机协作的研究

人机协作是机器人领域的一个重要课题,通过人机协作可合并人机优势,从而更好地完成现场任务。然而,人机协作系统的建立需要大量的工作,特别是手动编程的工作需要有十分专业的机器人技术背景,这不利于人机协作的应用和推广。提出利用模仿学习的方式来对人机协作任务进行建模,通过交互概率模型对任务中人和机器人运动的时空差异性进行表达,并辅以肌电信号来提高人的任务识别率。该模型将任务识别和机器人协作运动轨迹的生成统一起来,仅通过任务的示范即可对该交互概率模型进行训练,并在协作型机器人Baxter上进行了实验验证。     

履带起重机智能化关键技术及在安全监控系统的应用

随着国家重大工程建设快速发展,作为模块化吊装首选设备,大吨位履带起重机智能化需求日益迫切。为确保安全、智能、绿色吊装结构件,提升履带起重机智能化水平需要突破的关键技术包括:安全监控和自我诊断技术、精准定位和防摆技术、人机和多机协同技术、回转和行驶技术、环境自识别和决策技术、节能技术等,并以安全监控系统为例探讨智能化关键技术的应用。     

基于视觉导引的协作机器人自动上下料系统开发与应用

机器人自动上下料系统作为智能制造的核心关键技术之一,已广泛应用于智能化工厂、智能化车间及自动化生产线,但其仍存在自主作业能力低,环境适应能力差,缺乏多机及人机协作能力等技术缺陷。现构建一种基于结构光视觉导引协作机器人的自动上下料系统,针对系统标定、毛坯上料和成品下料,制订了一种自动上料策略,搭建了自动上下料实验平台,开展了毛坯与成品的上下料试验。试验结果表明,该系统运行状况良好,可稳定高效地完成自动上下料工作,提升了企业的生产效率和自动化水平,创造了较好的经济效益和社会效益。     

融合脑电-肌电信号的人机协作装配意图识别方法

针对人机协作装配场景下基于单源生理电信号识别协作意图准确率不高、稳定性不好的问题,首先采用支持向量机方法分别从脑电信号和肌电信号识别单源协作装配意图,然后采用D-S证据理论对多源协作装配意图识别结果进行融合,提出了一种融合EEG-EMG信号的人机协作装配意图识别方法。实验结果表明,所提方法可以有效提高人机协作装配意图识别的准确率和稳定性。     

中国机器人的发展战略思考

现阶段机器人的智能和自主能力仍很薄弱,作业能力的提升、人机交互能力的改善和安全性能的提高是发展的首要目标,需要解决制约人-机交互、人-机合作、人-机融合发展的瓶颈问题,突破三维环境感知、规划和导航、类人的灵巧操作、直观的人-机交互、安全机器人行为等单元技术,建议我国采取发展战略:1加强工业机器人整机设计理论与方法研究,寻求新思维,突破精密减速机、控制器、伺服系统以及高性能驱动器等核心基础部件瓶颈,提升机器人操作灵活性、在线感知能力;2加强服务机器人研究,提升机器人理解人的行为和抽象指令、人机沟通与协调合作能力,建立机器人安全机制;3针对在核辐射、军事战场、自然和人为灾害等危险甚至不可达区域执行任务的需要,开展特种机器人研究,解决在线实时交互、动态未知环境中自主作业等问题,实现机器人与人共处同一环境空间互助作业,为开发国家亟需的现代机器人提供科学理论和关键技术支撑。     

基于改进RRT算法的数控机床上下料机器人路径规划仿真研究

针对工业机器人辅助的数控机床对避障、平稳且以较快速度实现目标点定位的需求,设计了三维空间中工业机器人轨迹规划的目标函数,提出具有角度目标导向的改进RRT算法,构建了基于机器人操作系统（ROS）的AUBOi5机器人数控机床上下料仿真环境。在ROS中分别对数控机床加工环境的主要组成部分进行仿真,模拟真实工况;在创建数控机床加工环境的基础上,利用Moveit！和Gezebo平台对机械臂进行配置,创建了Moviet！轨迹规划和机器人控制文件,并测试两种算法的轨迹规划效果。仿真实验结果表明,改进后的RRT算法规划在规划时间和拓展点总数上分别比传统的RRT算法减少18.6%和22.7%。所提RRT改进算法可以成功应用于协作机器人的数控机床工作环境,实现人机安全协作,提高了上下料效率。     

面向人机协作的CNN手部抓握意图识别

针对机器人在协作过程中对意图理解不充分的问题，自主设计了一种基于触觉感知的手柄作为意图理解的接口，采用柔性触觉传感器将手部抓握压力信息转换成触觉图像信息，并依据操作者的操作习惯定义一系列抓握手势实现对机器人位姿的灵活调整。构建了一种适用于触觉图像识别的卷积神经网络(CNN)分类器，并基于抓握松紧信息构建一种变阻尼导纳控制方法。最后，采用实验室自主研制的幕墙安装机器人并搭载触觉手柄进行人机协作实验，结果表明此类触觉手柄及CNN方法对操作者抓握意图的识别准确率达到98.80%,所提出变阻尼导纳控制能够更加高效的完成人机协作任务。     

基于数字孪生的增强现实多人协作装配

为了保证复杂产品在关键装配阶段的一次成功率和质量一致性,提出一种基于数字孪生的增强现实(AR)多人协作装配方法。首先提出基于数字孪生的AR多人协作装配架构,根据协作装配的复杂性对装配序列进行过程分解;其次将装配过程上下文数据构造为装配工艺知识图谱,明确了协同过程装配信息的传递与迭代机制,提高了AR协作装配的工况自适应性。在此基础上采用基于根锚点的协同方法实现多人装配过程的AR场景协同,并通过装配工艺知识图谱提供的实时知识实现数据协作,保证了协同装配的质量和效率。以某钢厂复杂轧机的装配为例,建立了基于增强现实的多人协作数字孪生装配系统,验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于共享控制的人机灵巧力触觉交互系统设计与实现

人能够在复杂感知的相互协调下做出决策并完成灵巧操作。将视听觉和力触觉等不同模态相融合,可以提高操作者对虚拟场景或远程环境的感知,进而改善操作效果。如何协调人的操作和虚拟环境中目标机器人系统的自主性,则是人机交互中的一个关键问题。为此,本文基于Unity3D引擎建立了虚拟场景,并实现了omega.7力反馈平台与虚拟场景之间的通信。进而,创建了基于碰撞检测的虚拟距离传感器,实现了虚拟场景中目标机器人对周围环境的探测。然后,设计实现了人机力触觉交互共享控制算法,将人的智能决策与灵巧操作优势同目标机器人的自主算法相融合,使得目标机器人系统的控制权限可以在人手操作和机器人自主算法之间连续平滑转移。由此,实现了人与虚拟环境和目标机器人之间功能多样、场景逼真的视听觉和灵巧力触觉多模态交互,从而为医学、康复、军事、娱乐等领域中的人机交互提供了一种解决方案。     

一种应用于人机协作砝码智能检测过程的人员定位识别系统

目前很多检测机构都引入了砝码自动检测装置，检测过程不可避免的有人员参与。如何确保参与人员的安全，实现人机协作检测，是其中的关键性难题。本文提出了一种应用于人机协作砝码智能检测过程的人员定位识别系统，通过计算机视觉，自动追踪实验室进入人员，进行时间定位追踪，以确保工作人员及自动检测系统可见、可控，已达到人机安全协作。     

面向数控的人机智能CAPP系统研究

数控加工技术在人机智能研究中具有显著作用。根据人机一体化的基本思想,提出了人机智能数控CAPP系统。着重阐述了人机智能数控CAPP系统中的数控加工工艺设计模块、人机智能化决策模块和数控加工方法模块等组成部分。通过人机决策任务分配,将适合于计算机的决策任务交给计算机去做;将适合于人的决策任务交给人去做;适合于人机协同决策将共同完成。在人机智能数控CAPP系统中,数控加工工艺的知识获取,采取人主机辅的策略;数控在线检测系统,采用“机主人辅”策略实现;数控加工过程仿真等技术要人机智能决策来实现。人机智能数控CAPP系统具有人机交互功能、工艺规划的实时智能技术和实用性强等特点。     

亮亮视野携AR眼镜服务大中型企业

正【本刊讯】1月17日,亮亮视野在北京Mee Park发布新一代AR眼镜与人机协作平台。发布会上,行业领军企业代表、顶尖院校教授、产业咨询专家济济一堂;深入研讨AR眼镜的技术创新,以及人机协作对于产业智能化升级的价值。AR眼镜GLXSS ME(Multi-Edition),为产业AI场景而设计,意在通过第一视角交互,实现多维度的连接、认知与协同。第一视角交互AR眼镜的突破点。亮亮视野CEO吴斐