人体机器人互动：团队运动

制作团队需要多少人？两个或更多？人类机器人团队怎么样？

人机互动（HRI）和协作（HRC）正在变得越来越缺乏新颖性和更多的模式操作。谈话仍然有关与机器人的直接互动的共存。然而服务机器人部门的新兴例用于医疗，康复，招待和清洁机器人。特别是在亚洲和欧洲，那里的粉丝群更大。

协作机器人经常被称为Cobots，有许多口味，包括自主移动机器人和移动操纵器。它们在靠近或直接与人类紧邻的能力 - 加上适应性，可移植性和易用性 - 使其可能是现在和将来的队友。

人类工人和协作机器人作为装配线上的团队工作。(由斗山机器人公司提供)

观看这些协作机器人与人类队友携手合作在超声波焊接应用中的装配线上。

人体工程学助理
在另一个协作应用程序中，斗山合作机器人在韩国一级汽车供应商mood的一组操作员之间工作，该公司的客户包括现代、起亚和塔塔大宇。在你身边有一个机器人助手，在人体工程学上具有挑战性的工作，粘合内部地毯衬垫更容易和更安全。

在这个视频中，一位喜怒无常的经理说工作效率提高了25%与cobot。他的工人曾经遭受手腕疼痛和其他重复的应力损伤，从地毯材料的宽区域施加胶水，同时试图保持坚定的胶水分配器的喷射按钮。斗山COBOT在一天中始终如一地喷洒特定量的胶水，提高质量和效率。

他还谈到了教合作机器人是多么容易。与触摸屏结合，通过按下机器人手臂上的一个按钮，你可以轻松地编程斗山合作机器人，自由移动它到特定的手臂位置。用于常见任务的模板，如取放、码垛、螺丝驱动和插入，也使操作人员易于控制协同机器人，而无需编写复杂的编程脚本。

习惯于与传统的工业机器人合作，Moodng运营商在这些协作机器人旁边的工作感到更加安全。弯曲边缘和平滑运动使它们不那么令人恐吓。安装在所有六个接头上的扭矩传感器检测到少至0.2 n的撞击，使Cobots对任何碰撞高度敏感。

从汽车零部件到炸鸡，你会发现机器人队友在有趣的应用程序中突然出现。以这对机器人与人类厨师合作为例烹制韩国主食，同时避免主厨的肉被热油溅出和其他危险。

从团队合作
与此同时，在地球的另一边，乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的研究人员对人机交互的未来有了一个设想。他们不希望把机器人仅仅看作是工具，而是希望发展成一种模式，在这种模式下，机器人可以通过交互学习，体验如何成为制造业、医疗保健和其他领域的人类专业人员的有效伙伴。

格鲁吉亚理工大学的最新崛起之星是引领责任。Matthew Gombolay是在亚特兰大的大学机器人和智能机器（IRIM）研究所的互动计算学院教授。在2017年来自马萨诸塞州理工学院的自治系统博士学位，以及机器人，AI和人机互动的经验，Gombolay引领了核心机器人实验室成立仅一年的该实验室开发了先进的算法技术，使机器人能够与人类合作。

Gombolay的学生在研究机器人的同时，也在研究人类。他们研究人类行为，并以人类为对象进行实验，试图了解我们在采取行动之前如何以及为什么会做出某些决定。(这在全国研究人力资源指数的研究机构中并不罕见。看到未来的梦想实验室佐治亚理工大学的研究人员希望通过更好地了解人类，更好地控制机器人的行为，特别是当他们与我们互动时。

幸运的是，Gombolay与HRI研究的先驱之一一起研究。朱莉·沙阿是麻省理工学院航空航天系的教授，她领导了交互式机器人组计算机科学和人工智能实验室，更像是CSAIL。在加入MIT教师之前，Shah在波音研究和技术上致力于航空航天制造的机器人应用。她赢得了对实现人体机器人团队合作的创新研究的国际认可。回到2013年，Shah是美国唯一的研究人员之一，使用工业机器人研究人机互动。

Gombolay说:“朱莉真的推动了在现实世界中进行研究。”“我发现，我在读博士期间的特别之处在于，直接与工厂或医院的医疗服务提供者打交道，以确保你试图解决的任何问题都与操作相关。这就是我带到佐治亚理工学院的文化。”

利用与洛克希德马丁公司的强大合作关系，Gombolay的实验室正在“重新思考”一个新颖的概念。他们正在探索如何在合作机器人Baxter和Sawyer（机器人的后代）背后扩展最初的想法曾经过错了重新思考机器人)，这些系统应该是你可以很容易地放到工厂里，让工人给它们编程，让它们做任意的任务。

机器人专业的学生和研究人员研究如何设计用于人类互动的机器人，从而学会成为更好的队友。（佐治亚理工学院提供核心实验室）

“我们正在寻找专门钻井，紧固和铆接航空航天机身，”戈莫莱说。“一个人将教授一个可以寻找的机器人以及如何在物理上完成该任务。机器人将四处寻找并寻找可能完成的所有任务。如果它有任何疑问，让我们量化怀疑，然后询问人类帮助。“

这完全是关于团队合作，从人类的角度来看。

Gombolay说:“以人力资源管理为重点的机器学习和机器人技术的不同之处在于，我们真正关心的是从人类那里获取信息的事实。”

在2014年与Shah的一次讨论中，RIA强调了她的观点，“这是利用人类和机器人的优势来实现效率和生产率的新水平，这是任何一方都无法单独实现的。”

人与机器人的互动和协作的关键，即人类和机器人在某些能力上独立地优于他人，但在一起会更好，这一点仍然是正确的。Gombolay的研究建立在这一概念之上。

学徒学习
在完成博士论文答辩后，Gombolay在麻省理工学院林肯实验室担任技术人员，将他的研究转移到美国海军。他的工作为他赢得了研发100奖，因为他开发了一种优化人机协作的技术学徒计划,机器人协助人类完成复杂的调度任务。

“全国各地的工厂都有这些独特的个人，他们能够管理自己的工厂。没有这些人，工厂就会分崩离析我一次又一次地看到这一点，想了解他们在做什么。研究表明，你不能只问别人在做什么。我们真的需要观察他们，通过观察他们采取的行动来推断他们的策略。我使用了当时的一种新方法，一种反事实的推理方法，来观察他们做了什么相对于他们没有做什么，以便预测专家们可能会采取什么行动。现在我在一个盒子里有了一个决策模型，可以为观测算法提供信息。”

MIT的Gombolay和同学们采取了学徒调度模型，并将其应用于两个非常不同的场景，这是一个用于海军的导弹防御模拟器以及波士顿贝彻·以色列医院的劳动和交付病区。看到完整的故事了吗。

每年，美国国防高级研究计划局(U.S. Defense Advanced Research Projects Agency)都会表彰那些对国家安全具有重大意义的突破性技术的有前途的研究人员。2018年，Gombolay因其在学徒调度方面的工作而被授予DARPA提升者称号。他还获得了为期三年的NASA早期职业奖学金，继续探索在月球和火星等外国环境中与机器人进行学徒学习的想法。

Gombolay说:“我们试图为制造业和美国宇航局做的很多事情，在医疗保健领域效果很好。”“当我在贝斯以色列医院时，与我共事的主管护士是决定护士和医生去哪里、何时照顾哪些病人的人。基本上是空中交通管制，但在医院里。半数人辞职是因为压力太大了。”

对队友
现在在乔治亚理工学院，他正在努力与护士和医生建立更多的临床关系，继续探索机器人学徒计划，了解专业护士的思维过程，以便他们可以利用它加快培训，并减少医护环境中操作员的疲劳和损耗。

“每次我在贝特以色列出现时，人们都嘲笑我，'马修，我的机器人在哪里？我想要我的机器人。“他们真的想要帮助！”

旧的“机器人偷工”论证通常困扰自动化讨论很少违反这些设置中的对话。Gombolay表示99.9％的时间，即甚至是一个问题。

“他们的工作异常困难。机器人在与病人互动、照顾病人或促进团队合作方面甚至比不上护士或医生的5%。有了机器学习，我们可能会在非常狭窄的环境中，将其中90%的决策任务自动化。”

他把外科医生和助理护士的工作方式进行了类比。技术人员甚至在外科医生提出要求之前就知道他们需要什么器械。这就是他对机器人的看法。

“机器人知道你想要什么，而不必告诉它你需要什么，”Gombolay说这正是我们真正需要的，让机器人成为无缝的伙伴或队友。”

展望未来5年或更长的时间，他认为我们将看到更多的合作研究工作。他的实验室将继续与海军和麻省理工学院林肯实验室在人机合作方面进行合作。他说，继续让多个人类参与他的研究，理解人类行为是很重要的。

“如果我们重新设计世界以支持机器人，它可以让它变得更加容易，”Gombolay说。“但我希望机器人住在我们的世界并支持我们。”

机器人可能还有很长的路要走，直到它们能提供预见我们需求的支持。但这并不意味着协作机器人是静止的。整个移动机器人舰队都来玩了。

自主移动机器人与工厂工人和其他自动化设备协作，将部件运送到这家家电制造商的装配线。（由移动工业机器人提供）

移动的合作者
惠而浦部署了三名MIR自主移动机器人，以在波兰的预付款和家用电器制造商设施的预装和装配线之间运输组件。Lodz的共享服务中心生产烘干机和独立式炊具。

“在我们的工厂，每15秒就有一台烘干机离开生产线。这需要运输大量的组件，”惠而浦现场负责人Szymon Krupinski说。“移动机器人为我们提供了一种全新的运输方式，无需人工参与。这使员工能够专注于更高附加值的领域。协同移动机器人还显著提高了安全性，使我们能够避免人与设备之间的所有潜在碰撞，如叉车或拖船。”

在工厂运行期间，两个负载能力高达200公斤的MiR200机器人运输部件，而第三个移动机器人作为备份，停靠在一个充电站。两个机器人将烘干机门从预装区运送到装配线。在每次运行中，每个机器人一次推12个门，并在返回的途中运输空包装。整个循环大约是130米。

机器人驱动到预装配线，在装载盒子装载的推车下移动，并将其顶部模块的“翅膀”传播到推车下侧的法兰，创建安全链路。然后将推车运送到装配线，盒子被卸载。与此同时，空盒子收集在购物车的上部流量架上。通过重力在推车和装配线之间加载和空箱流量。之后机器人返回其起点并重复运输周期。完整的周期只需4分钟即可。

在Whirlpool观察MiR机器人的行动。

自主适应性
MiR的传感器和扫描仪可以让机器人探测并避开在制造区域行走的叉车、拖船或操作员等障碍物。自2018年12月第一个移动机器人实施以来，工厂布局和机器人的路线已经改变了几次。简单的操作、编程和先进的导航技术使MiR机器人能够快速适应生产区布局的变化。

惠而浦工业4.0物流项目经理Paolo Aliverti表示:“MiR机器人易于操作，无需任何工程或编程背景的工作人员都可以使用它们。”“这使我们能够有效地利用机器人，而无需在新技术背景下投资培训员工。”

一组移动机器人无需经过广泛的训练就可以直观地编程，并且很容易适应工厂布局的变化。（由移动工业机器人提供）

Adam Bakowicz，流程技术高级工程师行业4.0表示，工厂工人对新的移动技术非常感兴趣，因为纯粹的好奇心。然后他们会暂时挑战机器人以测试其安全性。现在他说他们完全接受了移动合作者只是另一种自动化。机器人的用户友好性具有积极的影响，并降低了对特殊劳动力培训的需求。

舰队管理系统Mirfleet允许机器人正确地将请求从线路划分并监控其电池充电水平以确保连续工作。基于波兰的分销商Propobot支持惠而浦的实施，并带来了本地集成伙伴章程，帮助设计了用于挂钩推车的顶级模块，并与Mirfleet集成应用程序。专业应用程序允许操作员选择手动或自动队列请求进行交付。

Bakowicz说:“通过将系统从人工操作转变为自动化交付，我们可以提高生产率，并让员工参与最终产品的制造。”“MiR机器人为我们提供了低成本的自动化和灵活性，以改变工厂布局。”

罗兹工厂是惠而浦EMEA(欧洲，中东和非洲)最新的工厂。他们期望不到两年的投资回报率。类似的解决方案正在惠而浦位于意大利的两家工厂和其他地方进行试点测试。

协作机器人不必自动移动待适应。有时他们只需要便携。内置安全性和易于设置让Cobots与他人一起玩。

无缝整合
为了应对快速变化的过程，需要全天候工作人员的挑战，定制注塑成型商EVCO塑料转而使用协作机器人来减轻负荷。四个通用机器人(UR)协作机器人现在处理广泛的任务，如点胶，组装，收获3D打印机，质量检查和包装。随着生产需求的变化，cobots被放置在轮子上，可以根据需要在威斯康星工厂的车间里移动。

EVCO自动化经理Bernie Degenhardt强调，Cobot并没有取代他现有的员工让一个人做单调的、可重复的任务是对智慧劳动的一种浪费。他解释说，运营商将进入一个更高的层次，这需要更多的动态思维，比如质量检查，以及其他类似的事情我想他们把UR看作一种工具。你把它放在地板上，它不是关在笼子里，也不是孤立的。操作员觉得他们是在和机器人一起工作，而不是反对它。”

EVCO对机器人来说并不新鲜。他们有许多传统的笛卡尔机器人来维护注塑机。

“硬自动化和协作机器人之间的最大区别是设置时间，”Evco的自动化工程师Jason Glanzer说。“这些COBOTS界面很好地与许多产品相处。他真的是持续提高兼容性，这对我们来说非常重要，“突出了UR +平台，证明了夹具，视觉摄像头，软件和其他外围设备与UR Cobots无缝地工作。

在EVCO塑料公司观察UR机器人的工作。

复杂的装配，易于安装
其中一个UR Cobots部署在复杂的装配任务中。Cobot拾取了在割草机中使用的齿轮箱，将其放入油脂分配器中，然后插入盖子以密封油脂端口。正确放置盖子是一个棘手的任务，由Robotiq的UR +认证的FT300强力扭矩传感器更简单。

Glanzer解释说:“将传感器添加到UR手臂的末端，可以让合作机器人通过螺旋运动正确地‘感受’帽的插入。”

UR+软件握手意味着传感器的所有编程都直接通过协作机器人的教学吊坠进行，具有与协作机器人本身编程相同的直观界面。

Glanzer说：“如果没有UR+集成，我们将不得不创建大量的脚本代码来完成这样的任务。”。

cobot教授吊坠有另外两个UR+接口，一个是Cognex视觉相机和一个从Asyril柔性零件馈线器。进料器将瓶盖分布在一个振动的表面上，直到瓶盖向右向上展开，然后安装在表面上方的视觉摄像机捕捉瓶盖位置的图像，指示机器人在哪里拾取它们。

格兰泽说：“能够通过cobot控制细胞的每一个部分，意味着它实际上变成了PLC。”它减少了大量的系统成本和前期编程时间。传统上，自动化一个新项目需要几周或更长时间，而现在，你把cobot放到地板上，你做一些编程，它可以在两天内启动并运行。”

Cobot简单的设置和操作意味着EVCO可以在第三班上运行它们。“如果中夜出现问题，我们的一个设置家伙可以在那里进行，并在不必将自动化技术人员或工程师拨打到工厂地板上的情况下，让牢房运行，”Glanzer说。“

第三次转变
当我们的cobot正在组装组件时，其他人正在收获3D打印机和包装部件。EVCO的3D打印机农场由六台24/7运行的聚合物打印机组成，以满足EVCO自己的内部工具需求，并为外部客户生产零件。

协作机器人全天候照料3D打印机农场，释放劳动力，甚至使小批量运行的成本效益。（由通用机器人公司提供）

打印机细胞现在可以在没有人监督的情况下连续工作，只要构建板可用。打印机通过Wi-Fi与合作机器人通信。如果设计师想要更改需要制作的打印或模型的数量，他们可以从办公桌上发送电子邮件，更改机器人需要重启打印机或为下一次制作清除打印机的次数。

EVCO现在甚至可以进行非常小的运行成本效益。最近的一个例子是猎人和观鸟者使用的三脚架。客户是一个在线零售商，只需要50个这样的零件。这是一个工作，EVCO通常无法做到成本效益，考虑到小批量大小。

格兰泽说:“我们计划开展更多类似的工作。”“通过镜像现有的阵列，添加额外的6个打印机，UR10在轨道上运行，它是无限灵活的。可能性是解决方案之美所在。”

Evco位于一个低失业率的地区，难以为第三轮班有困难。具有重复和繁琐的任务的曼宁细胞特别具有挑战性。

EVCO的生产经理安迪·普雷尔（Andy Prell）说：“让员工长期留在公司很困难，这会导致大量人员流失。”通用机器人允许我们用更少的人做同样的工作，因此它有助于减轻这一挑战，”他解释说，并指出传统上操作人员一次操作一台或两台机器的方式这确实限制了我们在任何给定的班次上所能生产的东西。现在我们可以使用一个操作员同时运行多台机器，这使我们的操作具有很大的灵活性。”

快速的投资回报
自动化经理Degenhardt很快总结了这对底线意味着什么。“消除了人工成本，我们可以用一台UR机器人的成本做两件事，所以回报很快就会出来。”

他估计EVCO cobot的投资回报率在6到9个月之间。此外，还节省了工人赔偿保险费用。

“这是一个很大的事，”他说。“Cobots有助于减少任何类型的重复应变伤，所以我们实际上得到了较低的速度，这对我们来说是一个巨大的成本。”

内置安全可节省成本，空间
在UR Cobots中的内置安全系统使它们在遇到路线中的障碍时自动停止。基于对申请的风险评估，大多数UR COBOTS与员工携手合作，evco的情况如同安全守卫。

“房地产很重要;我们的生产地板真的很紧张。我们经常改变模具。我们有很多叉车和起重机交通，“Glanzer说。“不必守卫真正为我们开辟了大量的空间，使我们能够在我们在另一个模具改变时保持在一个单元格上运行的生产。”

内置安全系统使该协同机器人能够与包装线上的员工串联工作。（由通用机器人公司提供）

在包装线上，你可以看到直接的人-机器人协作，操作员直接从UR合作机器人那里拿到包装好的盒子，然后把它粘起来。这样做的好处不仅是节省了空间，而且还大大节省了成本。

“对于标准的机器人，所有的警卫、安全继电器和光幕都可能增加数千美元的成本，”格兰泽说。“有了协作机器人，这些都没有必要。”

通过合作机器人和HRI，更多的可能性。随着我们对人类行为方式和原因的了解越来越多，它打开了我们的眼睛，让我们知道我们可以成为什么，我们可以创造什么。在我们的下一期中，我们将介绍更多技术为人类和机器人协作和增强提供的新、令人兴奋的机会。

RIA成员在本文中有：

• 斗山机器人公司
• 乔治亚理工学院
• 移动工业机器人(MiR)
• 通用机器人