中国科学家研究数字孪生系统可加强人机协作产品装配

机器人系统已被引入许多现实世界的环境中，包括一些工业和制造设施。在这些设施中，机器人可以协助人类装配线和仓库工人，高精度地装配产品的某些部件，然后将其交给负责执行其他操作的人类代理。

近年来，机器人专家和计算机科学家一直在努力开发越来越先进的系统，以增强工业环境中机器人与人类之间的互动。一些建议的解决方案依赖于所谓的 "数字孪生 "系统，这种虚拟模型旨在精确再现实物，如正在制造的特定产品或部件。

中国南京航空航天大学的研究人员最近推出了一种新的数字孪生系统，可以改善制造环境中人类与机器人之间的协作。机器人与计算机集成制造》（Robotics and Computer-Integrated Manufacturing）杂志上发表的一篇论文介绍了这一系统，它可以创建真实世界环境的虚拟地图，在机器人与人类合作完成特定任务时，规划并执行合适的机器人行为。

张泽群、纪玉辰及其同事在论文中写道："在工业环境中，目前构建人类数字孪生模型的方法依赖于动作捕捉设备，这些设备要求工作人员佩戴笨重的设备，这违背了人机交互中心所倡导的灵活交互原则。"

"此外，目前的方法并没有在统一的空间中建立人类和机器人的模型，这对于感知和理解整体环境既不直观也不方便。为了解决这些局限性，本文提出了人机交互的数字孪生系统"。

张泽群、纪玉辰及其同事创建的数字孪生系统创建了一个人类和机器人代理协作场景的虚拟复制品。随后，该系统会规划有效的协作策略，并在真实环境中执行这些策略。

以前提出的数字孪生系统依赖于运动捕捉传感器收集的数据，但在有遮挡物的情况下（即感兴趣的物体或代理不在传感器的视野范围内或隐藏在障碍物后面），这些系统的效果有时不能令人满意。因此，研究人员开发了一种人体网格恢复算法，这是一种有助于重建被遮挡人体的计算技术。

此外，张泽群、纪玉辰及其同事还在系统中引入了不确定性估计技术。该技术通过控制算法出错的风险，提高了动作识别算法的性能。

研究人员在实验室环境中进行了一系列实验，评估了他们的新型数字孪生系统，实验中使用了一个设计用于工业环境的机器人。结果发现，他们的系统能增强机器人与人类代理在各种任务中的协作，包括抛光、拾取、组装和放置物品等任务。

"实验结果证明了所提出的方法优于基线方法。"张泽群、纪玉辰及其同事说："最后，通过一个涉及部件组装的案例研究，验证了HRC系统的可行性和有效性。

张泽群、纪玉辰及其同事开发的数字孪生系统很快就能在其他工业用机器人上实现，并在更多的实验中进行进一步测试。