Xsens动捕技术，推动人与协作机器人互动进一步发展

Istituto Italiano di Tecnologia （IIT） HRI2实验室在人机互动和协作领域正在开展广泛研究，分析机器与人协作背后的机械学，以及两者如何在工作环境中成功完成协作。该实验室的研究项目可以分为两大类：一是人类身体互动行为的建模和分析，二是人与机器人之间的规划和控制。

第一条研究路线是设计机器人界面，使其能够与人类运动功能同步操作——目的是在操作员和机器人之间建立简洁的平衡。第二个重点是增强人与机器人在相同环境中的互动——以提高机器人完成物理任务的性能。

IIT的首席研究员阿拉什·阿茹达尼为我们介绍了该实验室如何使用Xsens动作捕捉系统进一步加强人与机器人共同协作的研究。

共享工作空间

为了真正弥合人类和机器人之间的差距，HRI2使用Xsens MVN Analyze分析复杂的人类生物力学行为：预测人的意图，并从感觉系统中收集信息，例如在执行任务时的手势和力度。

“我们使用Xsens来获取人类与机器人协作时的姿势和运动学数据——这些数据为机器人行为背后的过程提供了信息。使用Xsens进行机器人协作分析不仅可以提高生产效率，还可以改善人体工程学设计和操作机器人进行协作时的舒适度。如果人们可以更舒适地工作，他们的生产效率也将进一步提高。改善工作环境中的个人的健康和提升员工的工作效率是我们的主要关注点。”阿拉什说道。

该实验室非常关注协作机器人技术：他们想要开发出一代能与人类安全互动的机器人技术。例如，机器人可以用来完成重复的重体力工作，而人类则只负责更高复杂性的任务。

“我们已经重新对机器人进行了设计，使它们更轻，当然他们不会伤害人类。机器人可能就在你旁边或你前面，与你同时合作共享工作空间。他们有时需要人类用手或腿进行身体接触完成操作——而机器人的种类可以是人形机器人，也可以是固定桌子上的单机械臂。”

人类情感的加入

HRI2开发用于工业环境的协作机器人框架的目标是提高工作效率。这与专为照顾老年人而设计的机器人的要求不同。研究表明，在这种情况下，机器人需要一种与个人互动的人类情感表达，而不应强化其机械特性。当生产这样的机器人时，HRI2将机械装置设计得更加拟人化，以避免用户感到震惊或不适。这包括减缓机器人的运动速度，使其与人类的行为保持一致，从而被人类感知为其具有同情心。

正是由于这个原因，惯性运动捕捉技术因其实验室外的多功能性和对人体运动的精确测量而对IIT变得非常重要。例如，HRI2实验室使用可以放在鞋内的传感器来检测力的大小。然后，该团队可以使用人工智能算法来扩展记录下的生物力学数据水平，从而开发出可应用于多种不同情况的智能机器人系统。

“Xsens提供了从关节和一般人体运动中获取运动学信息的方法。套装非常耐磨，便于携带,且非常精确，可以捕捉人体运动中的各种细节。我们正从动力学的角度研究人体工程学。例如，我们的算法可能会检测到肩膀上的高负荷，然后协作机器人可以帮助你改善姿势，以更好、更健康的方式完成各种任务。”

由于之前使用过基于标记的套装，该实验室非常清楚使用基于摄像头的动作捕捉系统的缺点以及惯性解决方案可能带来的后续好处。

“在真正的生产场所中你不能到处装摄像头。Xsens所需的传感器数量很少，因此不必穿上全套服装。从穿戴、设置到完成校准所需时间非常少，而且数据会立即同步到电脑屏幕上。”

技术发展

该实验室于3年前开始这项研究，在开发经验上仍然相对年轻——然而，他们已经看到了技术创新的巨大进步，这可以促进协作机器人系统在工业中的快速传播、普及。

技术可用性的快速扩展为实验室应用其专业知识开辟了广阔的机会。

“我们正在进行几个欧洲和一个亚马逊研究项目，以将我们的解决方案提升到更高的技术成熟度水平。我们的目标是在从敏捷生产到物流的各种工业应用中集成新一代移动协作机器人系统。”

随着对符合人体工程学工作环境的需求日益增长，IIT HRI2实验室将继续着眼于改变工作场所的协作机器人技术，根据Xsens MVN Analyze采集到的精确数据，微调生物力学数据来改进其技术。