意大利理工学院（IIT）使用Xsens推进协作机器人领域研究

最近意大利理工学院(IIT)的HRI²实验室在人机交互和协作领域进行了广泛的研究，他们分析了机器与人互动的背后机制，以及两者是如何在工作环境中成功实现互动的。该实验室的研究项目可分为两大类：人类物理交互行为的建模和分析，以及人机协作的规划和控制。

第一条研究路线是设计与人类运动功能同时运作的机器人操作界面——目标是在操作员和机器人之间建立简洁的平衡性。

第二条研究路线的重点是增强人机环境交互——提高机器人物理任务的性能。

针对以上两条研究路线意大利理工学院（IIT）的首席研究员阿拉什·阿祖达尼（Arash Ajoudani）向我们透露了一些关于实验室使用运动捕捉来加强机器人研究的信息。

共享空间

为了真正弥合人类和机器人之间的差距，HRI²实验室使用了Xsens MVN Analyze以获得最复杂的人类生物力学行为：通过在任务中执行的手势和力以及在感官系统中收集的信息，预测人们的意图。

“我们使用Xsens获取人体姿势和运动的运动学数据——这些数据为机器人行为背后的过程提供信息。将Xsens用于机器人工程不仅可以提高生产率，还可以提高人体工程学和个人的舒适度。如果人们能更舒适地工作，那么相对的的生产率也可能会提高。然而，改善个人的在工作中的健康问题是我们的主要关注点，”阿拉什说道。

HRI²实验室非常关注协作机器人领域的研究：旨在创造出一种具有安全性的人机互动机器人。例如，机器人可以用来完成一项工作的物理重复方面，而人类则可以负责要求更高更加复杂的工作。

“我们重新设计了机器人，使其更轻，能理解撞击，当然它们不会伤害人类。一个机器人可能就在你的旁边或你的前面，与你合作并共享工作空间。有时我们需要用手和腿与机器人进行身体接触——机器人的外形范围可以从人形机器人到固定桌子上的一只手臂。”阿拉什说道。

更加人性化

当HRI²实验室开发用于工业环境的协作机器人框架时，他们的目标是让机器人变得更加有效率。这不同于为护理老人而设计的机器人的要求。在设计护理机器人时需要一种与个人接触的人类认同感，而不会增强其机械性质。生产这样的机器人时，HRI²工程师将机械装置拟人化，试图避免使使用者受到任何惊吓或不适。这可能包括减缓机器人的运动速度，使其与人类能够感知的机器人行为紧密结合。

惯性运动捕捉凭借其实验室外的多功能性和对人类活动的精确测量对这个项目来说变得非常适用。HRI²实验室使用可以放在鞋内的传感器来检测力的大小。团队之后使用人工智能算法来扩展记录的生物力学数据的水平，从而产生可以应用于多种不同情况的智能机器人系统。

“Xsens提供了从关节和一般人体运动中获取运动学信息的方法。它的穿戴非常方便，能捕捉人体运动中的微妙之处，便于携带，并能准确提供人体的动作信息。我们从动力学的角度来探讨人体工程学。例如，我们的算法可能会检测到肩膀上的高负荷，然后协作机器人可以帮助你改善姿势，以更好、更健康的动作完成任务。”阿拉什说到。

实验室以前使用过基于标记的动作捕捉套装，非常清楚使用基于摄像头的运动捕捉系统的缺点以及惯性解决方案可以提供的后续优势。

“我们不能到处放摄像头。Xsens所需的传感器数量较少，因此不必穿全套服装。从我们佩戴或安装到完成校准，速度很快，数据采集也是实时的。”

技术进步

实验室在2016年开始研究后，仍然相对年轻——然而，他们已经看到了技术创新的巨大进步，这可以促进在工业生产中协作机器人系统的广泛传播。

“当我完成博士学位并开始研究协作机器人时，机械成本高达10万欧元，而同样的技术现在只需1.5万欧元。这是由于技术的进步，降低了设计软件和硬件所需的成本。”阿拉什说到。实际上技术可用性的快速扩展为实验室应用其专业知识提供了广泛的机会。

“我们目前正致力于几个欧洲和亚马逊研究项目，以将我们的解决方案提升到更高的技术水平。我们的目标是在从工业生产到物流的各种工业应用中集成新一代的移动协作机器人系统。”

随着对符合人体工程学工作环境需求的增长，意大利理工学院的HRI²实验室着眼于改造放置于工作场所的协作机器人，他们通过微调的生物力学数据来改进其技术。