機器人系統(tǒng)已被引入許多現(xiàn)實世界的環(huán)境中,包括一些工業(yè)和制造設(shè)施。在這些設(shè)施中,機器人可以協(xié)助人類裝配線和倉庫工人,高精度地裝配產(chǎn)品的某些部件,然后將其交給負責執(zhí)行其他操作的人類代理。
近年來,機器人專家和計算機科學家一直在努力開發(fā)越來越先進的系統(tǒng),以增強工業(yè)環(huán)境中機器人與人類之間的互動。一些建議的解決方案依賴于所謂的 "數(shù)字孿生 "系統(tǒng),這種虛擬模型旨在精確再現(xiàn)實物,如正在制造的特定產(chǎn)品或部件。
中國南京航空航天大學的研究人員最近推出了一種新的數(shù)字孿生系統(tǒng),可以改善制造環(huán)境中人類與機器人之間的協(xié)作。機器人與計算機集成制造》(Robotics and Computer-Integrated Manufacturing)雜志上發(fā)表的一篇論文介紹了這一系統(tǒng),它可以創(chuàng)建真實世界環(huán)境的虛擬地圖,在機器人與人類合作完成特定任務(wù)時,規(guī)劃并執(zhí)行合適的機器人行為。
張澤群、紀玉辰及其同事在論文中寫道:"在工業(yè)環(huán)境中,目前構(gòu)建人類數(shù)字孿生模型的方法依賴于動作捕捉設(shè)備,這些設(shè)備要求工作人員佩戴笨重的設(shè)備,這違背了人機交互中心所倡導的靈活交互原則。"
"此外,目前的方法并沒有在統(tǒng)一的空間中建立人類和機器人的模型,這對于感知和理解整體環(huán)境既不直觀也不方便。為了解決這些局限性,本文提出了人機交互的數(shù)字孿生系統(tǒng)"。
張澤群、紀玉辰及其同事創(chuàng)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)創(chuàng)建了一個人類和機器人代理協(xié)作場景的虛擬復制品。隨后,該系統(tǒng)會規(guī)劃有效的協(xié)作策略,并在真實環(huán)境中執(zhí)行這些策略。
以前提出的數(shù)字孿生系統(tǒng)依賴于運動捕捉傳感器收集的數(shù)據(jù),但在有遮擋物的情況下(即感興趣的物體或代理不在傳感器的視野范圍內(nèi)或隱藏在障礙物后面),這些系統(tǒng)的效果有時不能令人滿意。因此,研究人員開發(fā)了一種人體網(wǎng)格恢復算法,這是一種有助于重建被遮擋人體的計算技術(shù)。
此外,張澤群、紀玉辰及其同事還在系統(tǒng)中引入了不確定性估計技術(shù)。該技術(shù)通過控制算法出錯的風險,提高了動作識別算法的性能。
研究人員在實驗室環(huán)境中進行了一系列實驗,評估了他們的新型數(shù)字孿生系統(tǒng),實驗中使用了一個設(shè)計用于工業(yè)環(huán)境的機器人。結(jié)果發(fā)現(xiàn),他們的系統(tǒng)能增強機器人與人類代理在各種任務(wù)中的協(xié)作,包括拋光、拾取、組裝和放置物品等任務(wù)。
"實驗結(jié)果證明了所提出的方法優(yōu)于基線方法。"張澤群、紀玉辰及其同事說:"最后,通過一個涉及部件組裝的案例研究,驗證了HRC系統(tǒng)的可行性和有效性。
張澤群、紀玉辰及其同事開發(fā)的數(shù)字孿生系統(tǒng)很快就能在其他工業(yè)用機器人上實現(xiàn),并在更多的實驗中進行進一步測試。
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