機器人系統(tǒng)已被引入許多現(xiàn)實世界的環(huán)境中，包括一些工業(yè)和制造設(shè)施。在這些設(shè)施中，機器人可以協(xié)助人類裝配線和倉庫工人，高精度地裝配產(chǎn)品的某些部件，然后將其交給負責執(zhí)行其他操作的人類代理。

近年來，機器人專家和計算機科學家一直在努力開發(fā)越來越先進的系統(tǒng)，以增強工業(yè)環(huán)境中機器人與人類之間的互動。一些建議的解決方案依賴于所謂的 "數(shù)字孿生 "系統(tǒng)，這種虛擬模型旨在精確再現(xiàn)實物，如正在制造的特定產(chǎn)品或部件。

中國南京航空航天大學的研究人員最近推出了一種新的數(shù)字孿生系統(tǒng)，可以改善制造環(huán)境中人類與機器人之間的協(xié)作。機器人與計算機集成制造》（Robotics and Computer-Integrated Manufacturing）雜志上發(fā)表的一篇論文介紹了這一系統(tǒng)，它可以創(chuàng)建真實世界環(huán)境的虛擬地圖，在機器人與人類合作完成特定任務時，規(guī)劃并執(zhí)行合適的機器人行為。

張澤群、紀玉辰及其同事在論文中寫道："在工業(yè)環(huán)境中，目前構(gòu)建人類數(shù)字孿生模型的方法依賴于動作捕捉設(shè)備，這些設(shè)備要求工作人員佩戴笨重的設(shè)備，這違背了人機交互中心所倡導的靈活交互原則。"

"此外，目前的方法并沒有在統(tǒng)一的空間中建立人類和機器人的模型，這對于感知和理解整體環(huán)境既不直觀也不方便。為了解決這些局限性，本文提出了人機交互的數(shù)字孿生系統(tǒng)"。

張澤群、紀玉辰及其同事創(chuàng)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)創(chuàng)建了一個人類和機器人代理協(xié)作場景的虛擬復制品。隨后，該系統(tǒng)會規(guī)劃有效的協(xié)作策略，并在真實環(huán)境中執(zhí)行這些策略。

以前提出的數(shù)字孿生系統(tǒng)依賴于運動捕捉傳感器收集的數(shù)據(jù)，但在有遮擋物的情況下（即感興趣的物體或代理不在傳感器的視野范圍內(nèi)或隱藏在障礙物后面），這些系統(tǒng)的效果有時不能令人滿意。因此，研究人員開發(fā)了一種人體網(wǎng)格恢復算法，這是一種有助于重建被遮擋人體的計算技術(shù)。

此外，張澤群、紀玉辰及其同事還在系統(tǒng)中引入了不確定性估計技術(shù)。該技術(shù)通過控制算法出錯的風險，提高了動作識別算法的性能。

研究人員在實驗室環(huán)境中進行了一系列實驗，評估了他們的新型數(shù)字孿生系統(tǒng)，實驗中使用了一個設(shè)計用于工業(yè)環(huán)境的機器人。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，他們的系統(tǒng)能增強機器人與人類代理在各種任務中的協(xié)作，包括拋光、拾取、組裝和放置物品等任務。

"實驗結(jié)果證明了所提出的方法優(yōu)于基線方法。"張澤群、紀玉辰及其同事說："最后，通過一個涉及部件組裝的案例研究，驗證了HRC系統(tǒng)的可行性和有效性。

張澤群、紀玉辰及其同事開發(fā)的數(shù)字孿生系統(tǒng)很快就能在其他工業(yè)用機器人上實現(xiàn)，并在更多的實驗中進行進一步測試。