人机交互:一项团队运动

一个团队需要多少人?两个或两个以上的?人-机器人团队怎么样?

人-机器人交互(HRI)和协作(HRC)正变得越来越不新鲜，而更多的是一种操作方式。然而，对话更多的是关于共存，而不是与机器人的直接互动。有但是服务机器人领域的新兴例子用于医疗、康复、酒店和清洁机器人。在亚洲和欧洲尤其如此，因为那里的粉丝基数更大。

协作机器人，通常被称为协同机器人，有多种形式，包括自主移动机器人和移动机械手。它们能够在近距离或直接与人类一起安全操作，再加上适应性、便携性和易用性，使它们成为现在和未来的队友。

人类工人和协作机器人在装配线上作为一个团队工作。(斗山机器人公司提供)

观看这些协作机器人与它们的人类队友携手工作在超声波焊接装配线上的应用。

人体工程学助理
在另一个协作应用中，斗山的机器人与韩国一级汽车供应商Moodng的操作员团队一起工作。Moodng的客户包括现代、起亚和塔塔大宇。有了机器人助手在你身边，从人体工程学的角度来说，粘合室内地毯衬垫的工作更容易、更安全。

在这段视频中，一位mood经理表示生产力提高了25%cobot。他的工人过去常常手腕疼痛和其他重复性的压力损伤，因为他们要把胶水涂在地毯材料的大片区域，同时又要牢牢抓住点胶机的注射按钮。斗山合作机器人每天以一定的速度喷洒特定数量的胶水，提高了质量和效率。

他还评论说，教合作机器人是多么容易。与触屏教学挂件结合，按下机器人手臂上的按钮，就可以自由移动到特定的手臂位置，轻松地对斗山机器人进行编程。用于常见任务的模板，如拾取和放置、码垛、螺旋驱动和插入，也使操作员无需编写复杂的编程脚本就可以轻松控制协同机器人。

由于习惯了与传统工业机器人一起工作，mood操作员觉得与这些协作机器人一起工作更安全。弯曲的边缘和流畅的动作使它们不那么吓人。安装在所有六个关节上的扭矩传感器可以检测到最小为0.2牛的撞击，这使得合作机器人对任何碰撞都非常敏感。

从汽车零部件到炸鸡，你会发现机器人队友出现在有趣的应用中。就拿这对与人类厨师合作的机器人搭档来说准备一道韩国菜的主食，同时让主厨的肉免受热油飞溅和其他危害。

从团队合作
与此同时，在地球的另一端，乔治亚理工学院的研究人员对未来的人机交互有一个展望。他们不希望把机器人仅仅看作工具，而是希望朝着一种范式迈进，在这种范式中，机器人可以通过互动学习，并体验如何在制造业、医疗保健和其他领域成为人类专业人士的有效同伴。

佐治亚理工学院的新星引领了这一潮流。Matthew Gombolay是亚特兰大大学机器人与智能机器研究所(IRIM)交互计算学院的教授。Gombolay于2017年获得麻省理工学院自主系统博士学位，并在机器人、人工智能和人-机器人交互方面有经验核心机器人实验室该实验室成立仅一年，开发了先进的算法技术，使机器人能够与人类队友合作。

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，试图理解我们在采取行动之前如何以及为什么做出某些决定。(这在全国研究人力资源研究所的机构中并不罕见。看到未来的梦想实验室)。通过更好地理解人类，乔治亚理工学院的研究人员希望能更好地控制机器人的行为，特别是当它们与我们互动时。

幸运的是，Gombolay师从人力资源研究所的一位先驱。朱莉·沙阿是麻省理工学院航空航天系的教授，在那里她领导交互式机器人小组计算机科学和人工智能实验室，简称CSAIL。188金宝搏下载界面在加入麻省理工学院之前，沙阿在波音研究与技术公司(Boeing Research and Technology)从事航天制造机器人应用方面的工作。她在实现人-机器人团队合作方面的创新研究获得了国际认可。早在2013年，沙阿是美国为数不多的使用工业机器人研究人与机器人互动的研究人员之一。

“朱莉真的推动了在现实环境中进行研究，”Gombolay说。“我在读博士期间发现的特别之处在于，我直接与工厂里的人或医院里的医疗保健提供者打交道，确保你试图解决的任何问题都具有实际意义。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。他们正在探索如何扩展合作机器人Baxter和Sawyer(机器人的后代)背后的原始想法曾经倒闭的Rethink Robotics)，这些系统可以很容易地放入工厂，让工人们为它们编程，让它们做任意的任务。

机器人学生和研究人员研究为人类互动设计的机器人如何学会成为更好的队友。(佐治亚理工学院CORE实验室提供)

Gombolay说:“我们正在专门研究航空机身的钻孔、紧固和铆接。”“有人会教机器人寻找什么，以及如何完成这项任务。机器人会四处走动，寻找它可能完成的所有任务。如果它有任何疑问，让我们量化它的疑问，然后向人类求助。”

从人类的角度来看，这完全是团队合作的问题。

Gombolay说:“以人力资源为中心的机器学习和机器人的不同之处在于，我们真的很在意从人类那里获取信息这一事实。

在2014年与沙阿的一次讨论中，RIA强调了她的观点:“这是关于利用人类和机器人的优势，实现双方都无法单独实现的效率和生产力的新水平。”

人与机器人互动与协作的关键仍然是正确的，即人类和机器人在某些能力上独立优势明显，但在一起会更好得多。Gombolay的研究建立在这个概念之上。

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，将他的研究转给了美国海军。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体，他们能够管理工厂。没有这些人，工厂就会崩溃，”Gombolay解释道。“我一次又一次地看到这种情况，想知道他们在做什么。研究表明，你不能只是问别人在做什么。我们真的需要观察他们，通过观察他们的行动来推断他们的策略。我用了一种当时比较新的方法，反事实推理的方法，对比他们做了什么和没做什么，来预测专家可能会采取什么行动。现在我有了一个盒子里的决策模型，可以为观察算法提供信息。”

Gombolay和麻省理工学院的同事们采用了学徒计划模型，并将其应用于两个截然不同的场景，一个是海军导弹防御模拟器，另一个是波士顿贝斯以色列医院的产房。查看完整故事．

每年，美国国防高级研究计划局(U.S. Defense Advanced Research Projects Agency)都会表彰那些拥有被认为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因其在学徒计划方面的工作被DARPA提名为“提升者”。他还获得了NASA为期三年的早期职业奖学金，以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NASA做的很多事情，在医疗保健领域都很有效。”“当我在以色列贝斯医院工作时，与我一起工作的主管护士决定哪些护士和医生去哪里，什么时候照顾哪些病人。基本上就是空中交通管制，不过是在医院里。他们中的一半人辞职是因为压力太大了。”

到队友
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，并了解专业护士的思维过程，以便他们可以利用这些来加快培训，减少医疗环境中操作员的倦怠和减员。

“每次我出现在Beth Israel医院，人们都会取笑我，‘马修，我的机器人在哪里?我要我的机器人。’他们真的需要帮助!”

关于自动化的讨论中经常出现“机器人偷走工作”这一老生常谈，但在这种情况下，这一话题很少被打破。Gombolay说，99.9%的情况下，这根本不是问题。

“他们的工作异常困难。在与病人互动、照顾病人或促进团队合作方面，机器人的作用甚至不到护士或医生的5%。有了机器学习，在非常狭窄的环境中，我们可能接近于将其中1%的决策任务的90%自动化。”

他用外科医生和擦洗护士的工作方式做了一个类比。在外科医生开口之前技术人员就知道他们需要什么仪器。这就是他对机器人技术的看法。

“机器人知道你想要什么，而不需要你告诉它你需要什么，”Gombolay说。“这是我们真正需要机器人成为无缝合作伙伴或队友的东西。”

展望未来5年或更长时间，他认为我们将看到更多关于团队合作的研究工作。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，以理解人类行为是很重要的。

Gombolay说:“如果我们重新设计世界来支持机器人，这将会更容易。”“但我希望机器人生活在我们的世界里，支持我们。”

机器人可能还有很长的路要走，直到它们能够提供预见到我们需求的那种支持。但这并不意味着协作机器人是静止的。成群的移动机器人来玩。

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

移动的合作者
惠而浦部署了三个MiR自主移动机器人，在波兰的家电制造商工厂的预组装线和装配线之间运输组件。罗兹的共享服务中心生产烘干机和独立炊具。

“在我们工厂，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，”Whirlpool的现场负责人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，使我们能够避免人和设备之间的所有潜在碰撞，如叉车或拖船。”

在工厂运行过程中，两个负载能力高达200公斤的MiR200机器人运输零部件，而第三个移动机器人作为备份，停靠在充电站。两个机器人将烘干机门从预装配区运输到装配线。每个机器人每次推12扇门，回来的时候再运空包装。整个环线约130米。

机器人开车到预组装线，移动到装满箱子的推车下面，展开顶部模块的“翅膀”与推车下面的法兰连接，创建一个安全链接。然后推车被运送到装配线，箱子被卸载。与此同时，空盒子被收集在推车的上部流动架上。装载的和空的箱子通过重力在手推车和装配线之间流动。之后，机器人回到起点，重复运输循环。一个完整的循环只需不到4分钟。

观看MiR机器人在惠而浦的行动．

自主适应性
沿着它的路线，MiR的传感器和扫描仪允许机器人探测和避开障碍物，如叉车或拖船，或在生产区域走动的操作人员。自2018年12月第一台移动机器人投入使用以来，工厂的布局和机器人的路线发生了数次变化。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域布局的变化。

惠而浦工业4.0物流项目经理Paolo Aliverti表示:“MiR机器人操作方便，无需任何工程或编程背景的员工都可以使用。”“这使我们能够有效地利用机器人，而无需在新技术背景下的员工培训上进行大笔投资。”

一队移动机器人无需经过大量训练就能直观地编程，并能轻松适应工厂布局的变化。(由移动工业机器人提供)

工业4.0过程技术高级工程师Adam Bakowicz表示，工厂工人最初对这项新的移动技术非常感兴趣，纯粹是出于好奇。然后，他们将试探性地挑战机器人，以测试其安全价值。现在他说，他们已经完全接受了移动协作者只是另一种自动化。机器人的易用性产生了积极的影响，减少了对特殊劳动力培训的需要。

车队管理系统MiRFleet允许机器人对来自生产线的请求进行适当的排队，并监控它们的电池充电水平，以确保持续工作。波兰经销商ProCobot支持惠而浦的实现，并引入了当地的集成合作伙伴Octant，以帮助设计钩车的顶部模块，并与MiRFleet集成一个应用程序。这款专门的应用程序允许操作人员选择手动或自动的配送队列请求。

Bakowicz说:“通过将系统从人工操作改为自动化交付，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改变工厂布局的灵活性。”

罗兹工厂是惠而浦在EMEA(欧洲，中东和非洲)的最新工厂。他们期望投资回报率不超过2年。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。

协作机器人并不一定要自主移动才能适应环境。有时它们只需要便于携带。内置的安全性和简单的设置允许合作机器人与他人玩得很好。

无缝集成
为了应对快速变化的生产过程，定制注塑模具公司EVCO塑料公司不得不24小时工作，因此他们开始使用协作机器人来减轻负荷。四个通用机器人(UR)的合作机器人现在处理广泛的任务，如配药，组装，3D打印机收割，质量检查和包装。随着生产需求的变化，合作机器人被放置在轮子上，可以根据需要在威斯康星州工厂的车间内移动。

EVCO自动化经理Bernie Degenhardt强调，合作机器人不会取代他现有的劳动力。“让一个人做单调的、可重复的任务是一种对智慧劳动的浪费。操作员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，”他解释道，并补充说操作员并不认为合作机器人是一种威胁。“我认为他们将UR视为一种工具。你把它放在地板上，它就不会被关起来或孤立起来。操作员觉得他们是在和机器人合作，而不是对抗它。”

EVCO对于机器人来说并不新鲜。他们有许多传统的，笛卡尔式的机器人来照料注塑机。

EVCO的自动化工程师Jason Glanzer说:“硬自动化和协作机器人之间最大的区别是安装时间。“这些合作机器人与许多产品的界面都很好。UR一直在不断提高兼容性，这对我们来说非常重要。”他强调，UR+平台可以认证抓手、视觉摄像头、软件和其他外接设备，使其与UR的合作机器人无缝对接。

在EVCO塑料公司观看UR机器人的工作。

复杂的组装，容易安装
UR的一个合作机器人被部署在一个复杂的装配任务中。合作机器人拿起一个用于割草机的齿轮箱，将其放入油脂分配器中，然后插入一个盖子来密封油脂口。正确放置井盖是一项棘手的任务，Robotiq公司通过UR+认证的FT300力扭矩传感器使其变得简单。

Glanzer解释道:“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‘感觉’帽是否正确插入。”

UR+软件握手意味着传感器的所有编程都直接通过合作机器人的教学吊坠进行，与合作机器人本身编程的直观界面相同。

“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，”Glanzer说。

合作机器人教学挂件有另外两个UR+接口，一个Cognex视觉相机以及来自Asyril的Asycube柔性部件馈线。喂食器将瓶盖分布在一个振动的表面上，直到瓶盖面向右侧朝上展开，然后安装在表面上的视觉摄像头抓拍瓶盖位置的图像，指示机器人在哪里捡起它们。

Glanzer说:“能够通过协同机器人控制细胞的每个部分意味着它本质上成为了PLC。”“它减少了大量的系统成本和编程时间。传统上，自动化一个新项目需要数周或更长时间，而现在，你把合作机器人放在地板上，进行一些编程，它可以在两天内启动并运行。”

合作机器人的简单设置和操作意味着EVCO可以在第三班运行它们。格兰泽说:“如果在半夜出现问题，我们的一个安装人员可以过去把电池安装好并运行起来，而不必叫自动化技术人员或工程师到工厂。”

第三次转变
当我们的合作机器人在组装部件时，其他人在收割3D打印机和包装部件。EVCO的3D打印机工厂由6台聚合物打印机组成，全天候运行，以满足EVCO自己的内部模具需求，并为外部客户生产零件。

协作机器人24/7管理3D打印机农场，节省劳动力，即使是小批量运行也具有成本效益。(由通用机器人)

打印单元现在可以在没有人工监督的情况下连续工作，只要构建板可用。打印机通过Wi-Fi与机器人进行通信。如果设计师想要改变需要制作的印刷品或模型的数量，他们可以在办公桌上发送电子邮件，更改机器人需要重启打印机的次数或为下一次制作清理打印机的次数。

EVCO现在甚至可以进行非常小的成本效益运行。最近的一个例子是猎人和鸟类观察者使用的观察镜的三脚架。客户是一个在线零售商，只需要50个这样的零件。这是一项EVCO通常无法成本效益地完成的工作，因为批量较小。

“我们计划承担更多这样的工作，”格兰泽说。“通过镜像现有的阵列，增加额外的6台打印机，UR10在它们之间的轨道上移动，它是无限灵活的。这种可能性正是解决方案的美妙之处。”

位于失业率低的地区，EVCO在第三班的人员配置上遇到了困难。为牢房配备重复而乏味的工作尤其具有挑战性。

EVCO的生产经理Andy Prell说:“让员工长期留在公司是很困难的，这导致了很多人员流动。”他解释说:“通用机器人允许我们用更少的人做同样多的工作，因此它有助于减轻挑战。”他指出，运营商传统上是如何一次处理一台或两台机器的。“这真的限制了我们在任何一个班次的生产能力。现在我们可以用一个操作员同时运行几台机器，这让我们在操作上有了很大的灵活性。”

快速的投资回报
自动化经理Degenhardt很快总结了这对底线的意义。“消除人工成本让我们可以用一台UR机器人的成本完成两项工作，所以这种方式的回报很快就会到来。”

他估计EVCO合作机器人的投资回报率在6到9个月之间。除了快速回报外，还可以节省工人补偿保险费用。

“这是一件大事，”他说。“合作机器人有助于减少任何类型的重复性劳损，所以我们实际上获得了更低的费率，这对我们来说是一笔巨大的成本节省。”

内置安全装置节省成本和空间
UR合作机器人内置的安全系统使他们在途中遇到障碍时自动停止。根据对该应用程序的风险评估，绝大多数UR的合作机器人在没有安全保护的情况下与工作人员一起工作，就像EVCO的情况一样。

“房地产很重要;我们的生产车间变得非常紧张。我们一直在更换模具。我们有很多叉车和起重机的交通，”格兰泽说。“不需要设置守卫真的为我们开辟了很多空间，使我们能够在一个单元上生产，而在另一个单元上更换模具。”

内置的安全系统使这种协作机器人能够与包装线上的员工协同工作。(由通用机器人)

在包装生产线上，你可以看到直接的人机协作，操作员直接从我们的合作机器人那里取出包装盒，并将其封上。这样做的好处不仅是节省空间，而且还大大节省了成本。

格兰泽说:“使用标准的机器人，所有的守卫、安全继电器和光帘可能会增加数千美元的成本。”“有了合作机器人，这些都没有必要了。”

有了合作机器人和人力资源研究所，更多的事情成为可能。随着我们对人类行为方式和原因的了解越来越多，我们会看到我们可以成为什么，我们可以创造什么。在我们的下一期文章中，我们将介绍技术为人类与机器人的协作和增强打开更多新的、令人兴奋的机会的方式。

本文介绍的RIA成员:

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