资料来源:Altamirano Capera et al。
在现实世界中引入的协作移动机器人的数量正在逐渐增加，每年大约有20,000个新装置。然而，为了进一步增加它们的使用，机器人专家应该确保这些机器人在人类周围使用时既有效又安全。
斯科尔科沃科学技术研究所(Skolkovo Institute of Science and Technology，简称Skoltech)的研究人员最近创建了CoHaptics系统，该系统融合了协作机器人和触觉技术，以提高人-机器人协作的安全性。在arXiv上预先发表的一篇论文中介绍了这个系统，它可以使用手跟踪技术跟踪人类用户的动作，并提供触觉反馈来警告他们可能与机器人发生的碰撞。
智能空间机器人实验室主任、副教授Dzmitry Tsetserukou告诉TechXplore:“协作机器人的设计对人类是安全的，并配备了力/扭矩传感器。”“然而，它们通常只有在被检测到与物体碰撞后才会停止移动，这意味着它们仍然会对人体的敏感部位造成危险，比如用户的手指、手腕、脖子和头部。”这就是为什么它们没有被广泛用于人-机器人协作任务，而只是在一些特定任务中取代工业机器人的原因之一，如码垛、质量检测、装配等。”
近年来，机器人在工业和服务领域的应用尤其广泛。然而，为了提高它们的安全性和效率，机器人专家应该设计出兼顾人类灵活度和机器人力量的协作技术。
“例如，如果你在装配线上工作，组装产品的部件很重，或者使用不同的小部件，一个协作机器人可以支持你拿起沉重的部件，并把你带到组装部件的地方。”参与CoHaptics开发的博士生Miguel Altamirano Capera告诉TechXplore。“然而，机器人是与你一起工作的，当你的身体干涉机器人的路径时，可能会发生一些碰撞。”
为了减少机器人和人类之间的碰撞，Tsetserukou、Altamirano Capera和他们的同事使用了一个基于6自由度摄像头的跟踪系统，用户可以戴在手腕上。这个摄像头可以收集数据，机器人可以利用这些数据来推断附近人类工人的位置，避免与他们发生碰撞。
为了评估他们的系统，Tsetserukou、Altamirano Capera和他们的同事进行了一个初步实验，一个人和一个机器人在一个共享的环境中完成任务。在这个实验中，他们还比较了人类用户使用基于触觉反馈的系统时完成任务所需的时间和用户不使用系统时的操作时间。
研究人员发现，在机器人系统意识到用户位置的情况下，他们的系统减少了与机器人的碰撞，增加了人机交互的安全性。然而，机器人完成任务的时间更长，主要是因为它偏离了自己的路径，以避免与用户发生碰撞。
Altamirano Capera说:“为了解决这个问题，当机器人靠近机器人时，我们还为用户提供了一个‘警告标识’，警告他们可能发生碰撞。这个标识是通过滑动接触点在用户前臂上的触觉刺激给出的，代表机器人的距离。”
除了调整机器人的路径以减少与人类的碰撞外，研究人员还在他们的系统中添加了触觉功能，提前告知人类用户未来可能与机器人发生的碰撞。他们的假设是，当在装配线或工业环境中工作时，人类可能会过于专注于手头的任务，而不会注意到附近的机器人。
Tsetserukou说:“幸运的是，我们有触觉，所以这是我们决定向人类传达碰撞风险的渠道。”“我们开发了一种名为recycle glide的触觉显示器，根据人类手和机器人手的距离产生触觉刺激。当人们体验到触觉反馈时，他们可以移动自己的手，避免与机器人发生碰撞。”
在他们的系统评估中，研究人员发现，用户对系统提供的触觉反馈做出反应的平均时间为0.32秒，这足以防止可能的碰撞。为了进一步提高机器人与人类合作的安全性，他们还开发了一种名为触觉势场的算法。
触觉势场算法的设计是为了改变机器人的轨迹，以防止它与人类相撞，而不中断其任务，从而继续向目标物体移动。通过该算法，CoHaptics系统可以利用用户手腕上佩戴的6DoF相机收集到的信息来修改机器人的路径，防止碰撞。
Altamirano Capera说:“我们的结果显示，触觉刺激提供给用户的信息使人-机器人之间的距离增加了4.1厘米(从12.39到16.55)，机器人的路径减少了81%。”“从这些结果中，我们可以得出结论，在合作任务中，通过触觉刺激告知用户他们与机器人的距离，可以增加用户的安全性。”
在未来，CoHaptics将被证明是一个非常有价值的系统，可以提高在工业环境中与移动机器人一起工作的工人的安全性。与此同时，Tsetserukou、Altamirano Capera和他们的同事计划设计新的方法，进一步加强人类与机器人的合作。
作为他们当前工作的一部分，该团队正在建造一个名为Coverse(协作宇宙)的3D环境，它代表了一个工厂，在那里机器人和工人可以被实时跟踪和动画化。他们最终还可以为城市环境或其他可能部署机器人的环境创建类似的表示。
Tsetserukou说:“我们创建的3D图像呈现出从绿色(安全)到红色(危险)的渐变比例。”“当人体的一部分靠近机器人时，附近的用户会收到触摸反馈，以避免潜在的伤害。这个3D协作宇宙将有可能使人类和机器人居住的工厂和城市环境更安全、更自然。可以想象，当户外送货机器人从盲区向你靠近时，你会收到触觉反馈的情景。最重要的是，用户可以通过触觉雷达实时体验移动机器人运送的包裹的位置，以准时与探测器见面。”
