正在人机协同功课日益普及的今天，工人正在出产线上取机械人“并肩做和”时，实的脚够平安吗？若是谜底并不似我们想象中乐不雅，若何正在人机共存的中确保人的平安？不久前，第二届雄安将来之城场景汇雄安国际机械赛上，参赛项目“数字孪生驱动的人机协做平安距离快速系统”为这个难题给出了立异处理方案。48毫秒的超快响应速度、无需外挂设备就能实现360度无死角平安防护、低至2万元的摆设成本……凭仗这些冲破性劣势，该项目成功斩获大赛一等，从头定义着工业场景下人机协做的平安尺度。6月12日，第二届雄安将来之城场景汇雄安国际机械赛上，参赛项目“数字孪生驱动的人机协做平安距离快速系统”现场演示。褚明供图六轴桌面式协同机械臂轻巧舞动关节，但当人接近，一旁的电脑屏幕上立即浮现数道夺目的红色线条，勾勒出人体的骨骼布局。同时，一道正在人取机械臂之间动态生成的明线条及时丈量二者距离，并据此给机械人下达“停机”“减速”等指令，将有可能对人形成的平安正在萌芽中……6月20日，邮电大学科研楼924室，“数字孪生驱动的人机协做平安距离快速系统”展现着毫秒级的预警能力。正在第二届雄安将来之城场景汇雄安国际机械赛上，该项目凭仗超卓的及时机能和人机交互平安性，从浩繁参赛项目中脱颖而出，荣膺大赛一等。大概有人会迷惑，机械人不都是按照预设法式精准功课的吗？为何还需要特地研究人和机械人的平安距离？“人们把机械人称为‘人’，这种说法其实高估了它的智能程度。”项目担任人、邮电大学智能工程取从动化学院传授褚明注释，机械人确实能高效完成反复性、高强度的使命，但它的智能远未达到取人类实正协同共处的程度。正在晚期工业使用中，机械人功课时以至需要被隔离，以确保人员平安。“然而，正在人机共存的出产中，平安防护系统仍面对严峻挑和，工业机械人变乱时有发生。”褚明引见，此中机械人制制和焊接是变乱高发范畴。“当前工业范畴的人机平安监测次要依赖激光雷达、红外和声波测距等手艺，但都存正在较着缺陷。”褚明阐发，这类设备几乎全要外挂正在机械人上，以激光雷达为例，它形似矿泉水瓶，曲径约10厘米。机械臂挂上如许一个瓶子，不只影响工做的矫捷性，以至还会带来新的平安现患。除了体积问题，各类手艺还有各类局限：声波测距只能丈量到反面相对的区域，存正在监测盲区；激光雷达虽能全向笼盖，但响应速度慢且成本昂扬，单台价钱超6万元。鉴于硬件方案存正在的成本高、干扰功课等现实问题，大都企业选择依赖办理规范等软性防护。但正在现实出产中，工人错误的操做习惯和企业投入不脚的双沉要素，又导致变乱频发。面临保守硬件方案“笨沉高贵”取“防护畅后”的双沉窘境，褚明率领团队另辟门路，将数字孪生手艺取计较机视觉深度融合。不只能使轻拆上阵的机械人具有平安曲觉，还付与其比人类更快的反映能力。“人类正在连结的前提下，发觉并做出反映的平均时间是120毫秒。”褚明一脸骄傲地暗示，但这套系统仅需48毫秒就能完成平安距离，响应速度是人类的2。5倍。褚明说，这套系统不只反映快，还能“二心六用”，同时逃踪6个功课人员的人机距离，确保每小我都能获得同样迅捷的防护响应。7月1日拍摄的参赛项目所用深度相机，它能让机械人正在“零穿戴”的环境下具有360度全场景视角。日报记者周聪聪摄“让机械人具有平安曲觉，保守方案是给它‘穿盔戴甲’，我们的办是‘开天眼’。”拿起一个纸抽大小的白色深度相机，褚明悄悄晃了晃说，却能让机械人正在“零穿戴”的环境下具有360度全场景视角。这台深度相机机能强大，每秒能拍摄60帧画面，相当于每16。67毫秒就能完成一次对人的动态捕获。研究团队巧妙操纵这一特征，建立了一个及时运转的数字孪生世界：相机采集的人体骨骼数据和机械臂活动轨迹，正在虚拟空间中同步生成动态模子，通过算法及时计较碰撞风险，实现从到防护的无缝跟尾。数据采集、孪生建模、风险计较……这一系列复杂运算，若何正在远低于人类反映速度的48毫秒内完成？“现实中我们看到的是人和机械人的互动，但正在数据世界里，我们建立的倒是极简从义的骷髅级交互模子。”褚明注释，深度相机通过识别人体32个骨骼环节点，及时建立动态骨骼框架，实现精准动做捕获。正在此根本上，团队进一步筛选出此中25个环节点，包罗手指尖、脚尖等人体最远端，以及肩、肘、髋等次要勾当关节。“筛减时，我们了面部等非需要区域的环节点，保留下来的都是能影响人体可能触及最大空间范畴的环节点。”褚明说。有了人体的动态模子，团队操纵工业机械人内置的光电码盘传感器，及时获取各个轴关节角度数据，仅用9个环节点即可完整沉构机械人活动姿势。就如许，仅仅靠34个环节点，这种高度简化的建模体例，大大降低了系统数据计较量，无效提拔了数字孪生场景的建立效率，为毫秒级及时响应供给了环节手艺保障。采访中，记者曾变换各类动做和距离，屡屡试图“碰瓷”机械人。但可惜的是，一次都没成功。电脑屏幕上，一条黄线一直如影随形地绵亘正在记者和机械人之间，并不竭变换着距离数据。跟着距离数据的变化，机械臂或转速下降，或霎时遏制，一直取记者连结着平安距离。“这根黄线，标注的是人和机械的最短距离。”褚明说，系统恰是按照这个距离数据，设置了低危、中危、高危平安阈值，向机械人做出声光预警、减速运转、告急停机等指令。“两个‘骨架’环节点间连成的线成千上万条，这此中，哪条才是最短的？”陈宇注释，分歧于静态物体，人和机械臂一直处于活动形态。出格是人体动做具有天然的随机性和不成预测性，两者的活动轨迹正在三维空间中不竭交错，构成高度复杂的动态空间关系。为了更实正在地计较人体取机械人的平安距离，研究团队还考虑到人的胖瘦对二者距离的影响，按照成年人的体型中位数，正在骨骼模子根本上做了一层“胶囊体”，为数字模子穿上了一层“肌肉外套”。“多次试验验证，系统的距离丈量误差曾经被严酷节制正在3。5%以内，相当于当现实距离为1米时，系统丈量值正在96。5至103。5厘米之间波动。”褚明说，这个精度窗口是颠末频频推敲后确定的最佳均衡点，既可以或许规避过度逃求精度带来的算力华侈，又确保了工业场景下的绝对平安。当人接近六轴桌面式协同机械臂，同时，正在人取机械臂之间动态生成一条明线条及时丈量二者距离。图为尝试过程中拍摄的电脑屏幕显示画面。褚明供图“安拆复杂吗？成本会不会很高？”正在第二届雄安将来之城场景汇雄安国际机械赛上，“数字孪生驱动的人机协做平安距离快速系统”利用的便利性和经济性，成为很多参不雅者驻脚征询的热点。“这套系统的摆设极其简单，就像正在工场安拆通俗摄像头一样便利。”褚明说，系统的运转，仅依赖深度相机和软件模组，每个定焦深度相机可精准笼盖6米远范畴，单个6米远区域的摆设成本仅2万元。更令人欣喜的是，若是监测范畴需要扩大，只需线性添加摄像头数量，无需额外复杂设置装备摆设，大幅降低了全体投入。一家焊接机械人企业担任人向褚明坦言，他们反面临严峻的人机协做平安挑和：正在从动化焊接产线上，虽然焦点焊接工序由机械臂完成，但上下料环节仍需人工介入。既要防备机械臂的不测碰撞，又要飞溅的高温焊渣，平安风险居高不下。“对我们如许的焊接企业来说，这套系统绝对是刚需。”这位企业担任人还对该系统财产化提出，除发卖外，还能够取机械臂发卖做为机械臂的增值办事，提拔产物合作力。企业之外，市招商部分也向褚明细致引见了各类财产化搀扶政策，表达了帮力这项手艺快速落地的强烈志愿。“这是我们第一次加入雄安场景汇，目标就是让这项手艺接管市场的实正在查验，看它能否能切实处理企业的平安出产痛点。”褚明说，他们但愿通过这种体例，持续优化手艺方案，鞭策尝试室走出象牙塔，实正办事实体经济。“目前，我们正正在研究从仿实到实体的相关课题，鞭策人机协做向更高层级成长。”褚明引见，他们的研究大标的目的是让机械人不只强人的存正在，更能理解人的企图，鞭策人机共存人机共融。“工业4。0实现了出产数字化，但其素质仍是机械从导的出产模式，人只是被动地嵌入此中。而正正在兴起的工业5。0则强调人机融合，正在配合的工做中开展更细密、更智能的协做。”褚明注释。“以电板细密拆卸为例，目前这类细密拆卸仍需工人完成30多道工序，屡次切换十余种东西来取放细小元器件，不只劳动强度大，效率也不高。”褚明说，抱负的人机协做该当是，当工人伸手预备焊接时，机械臂能智能识别这一企图，自动递送焊枪；当需要安拆微型电容时，又能精准送上对应元件。如许的场景下，机械人就像个得力的智能帮手，和人达到心有灵犀的协做程度。7月1日，团队焦点展现参赛项目所用的深度相机，它能让机械人正在“零穿戴”的环境下具有360度全场景视角。日报记者周聪聪摄一个深度相机，一个软件模块，靠着如许的简单组合，“数字孪生驱动的人机协做平安距离快速系统”实现了48毫秒的极速，将人机协做中的潜正在平安风险正在萌芽形态。采访中，褚明一起头并没有急于展现，而是先回首了一段失败的履历。这个坦诚的开场，让记者领会了科研工做的实正在轨迹。最后，团队选择的手艺径颇具吸引力，模仿人类双眼的立体视觉测距道理，计较深度相机发射的调制光线的往返时间差，来建立人体三维轮廓。这种仿生学思看似完满，却正在实践中瓶颈。为了找到比来距离点，系统需要把遍及人体概况的所相关键点计较一遍，复杂的计较量导致建模延迟，远达不到工业平安防护响应的时效要求。正在失败中寻找但愿，团队再次调整思，操纵深度相机自带的环节点捕获功能，通细致心筛选25小我体环节点和9个机械臂节点，将本来复杂的建模过程简化。思的改变，让数字孪生建模效率获得质的飞跃。为了找到合适的深度相机，团队焦点张萌花了三个多月，对比了三十多款产物的细致数据。为了获取更多细致数据，她不得纷歧家家联系厂商，有时以至要跨时区取国外厂家频频沟通。正在采访尾声，褚明出格提到工业5。0的人机共融愿景。那时候，机械人不再是冰凉的施行者，而是能理解企图、预判需求的智能伙伴。这种充满温度的手艺想象，让我们有来由相信，当极简的智能取极繁的摸索持续碰撞，科技立异的将来必将绽放更多可能。

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2025-07-18 10:43