外骨骼，虚拟技术让机器人和人类走得更近

机器人时代在制造业面临的挑战之一是使人类和高性能机器人更容易共存和协作。马萨诸塞州坎布里奇的一家初创公司。美国正在开发技术以应对这一挑战。

“我们相信人类和机器人有非常互补的优势，让他们一起合作可以实现很多事情，”马萨诸塞州剑桥市Veo机器人公司的联合创始人兼工程副总裁克拉拉·伍(Clara Vu)说。“在整个制造业的任务中，人类的灵活性、判断力和灵活性可以与机器人的力量、速度、精度和可重复性有效结合。

“功率和力量限制机器人显然是重要的一步，但它们只解决了一部分问题，”Vu说。“我们看到客户带着应用程序来找我们，例如，他们希望机器人捡起一个沉重的部件，并在工人对其进行操作时将其固定在特定的位置。”

Vu看到了对一个系统的巨大需求，该系统可以利用标准工业机器人的惊人力量、速度和亚毫米精度，同时具有与人协作的能力。Veo的联合创始人着眼于利用这一需求。

这家初创公司成立于2016年，获得了西门子风险投资公司(现为next47)的种子基金。去年10月，他们从GV(前身为谷歌Ventures)和Lux Capital获得了1200万美元的A轮融资。

Veo试图通过帮助机器人更好地感知周围环境，并能够“理解”工作单元中正在发生的事情，来弥合人类和机器人之间的差距。

“例如，我们的系统与设置激光扫描仪并将其连接到功能安全单元的方式不同，我们的系统了解工作单元中正在发生的事情，并了解机器人本身在做什么。我们正在用3d技术进行这项工作，这使得系统更加灵活，能够对某人伸出的手做出反应，而不是走进工作单元。”

Vu解释说，Veo的系统是一个软硬件结合的解决方案。

“我们的系统硬件由定制的安全飞行时间(ToF)传感器组成，这些传感器将数据发送到高性能的嵌入式计算机，运行我们的计算机视觉和机器人控制算法。计算机位于工作单元中，直接与机器人控制器通信。”

该系统设计用于任何主要制造商的任何机器人。它将配备4个深度ToF摄像头，Veo预计将覆盖大多数制造工作单元应用，不过Vu表示，他们正在构建可配置的系统，以适应更复杂的环境，最多可配置8个摄像头。

“我们的系统可以在场景中跟踪机器人、工件和人员，并根据这些物体的位置来判断情况是否安全。”

如果摄像头的视野因任何原因被挡住，系统默认为最安全的位置。该系统将允许机器人移动，如果它能确保机器人的移动是安全的。

Veo已经与包括汽车制造商及其一级供应商在内的许多合作伙伴展开了合作。他们还在研究在材料处理、金属制造和家电制造等领域的应用，在这些领域，人类和机器人仍然倾向于分离。

“今天，当制造工程师设计一个流程时，他们会想，这是一个手动流程还是一个自动化流程?”Vu说。“我们真正希望他们能够做的，以及我们看到的全面需求，是说这个过程中哪些元素应该由人来完成，哪些元素应该由机器人来完成。”

这是人机协作的本质。应用各自的独特优势，并将它们结合在一起以获得最佳解决方案。协同机器人技术正在工厂车间以有趣的方式展现自己。

外骨骼背心

还有什么能比佩戴的机器人更具有协作性呢?外骨骼与人类的关系最为亲密。唯一能超越这种协作水平的设备是在体内工作的机器人医疗设备。

福特汽车公司装配线上的工人们正在穿上EksoVest，这是加州里士满Ekso Bionics公司为工业空间生产的一种上半身外骨骼。

你可能不会认为外骨骼是机器人，尤其是像EksoVest这样的无动力外骨骼。但世界各地的研究人员正在探索更经济、更轻、更安全、无动力的替代驱动方式。

ABI Research在其关于机器人外骨骼的报告中包括了无动力外骨骼，预计到2025年，该市场将达到18亿美元。预计工业外骨骼将代表最强劲的增长。Ekso为工业领域制造无动力外骨骼，为康复应用制造动力外骨骼。Ekso为无动力外骨骼提供了一个很好的例子，尤其是在上半身支撑方面。

Ekso的用户体验经理克莱尔·坎宁安(Claire Cunningham)说:“从根本上说，外骨骼必须是协作的，因为你把一个设备放在人身上，如果它们不能一起完成预期的任务，人类就会拒绝这个设备。”“我们希望补充和支持用户完成他们的任务，而不是限制他们。尤其是EksoVest，它专为全天使用而设计。在汽车生产线上，我们的员工每天8小时都穿着它，所以舒适是最重要的。这是一个非常艰巨的挑战，既要将力引入人体，同时又要让人感到舒适。”

EksoVest的设计目的是提升和支撑工人的手臂，以协助从胸部高度到头顶工作的任务。背心的重量不到5公斤，但你感觉不到额外的重量，因为它分布在身体的不同部位。每只手臂最大支撑6.8公斤。

坎宁安说:“当你穿着它的时候，你不必去想它。“臀部皮带会将设备的大部分重量转移到用户的臀部和骨盆，从而承受这些负荷。此外，背包背带和手臂袖口引导来自驱动器和弹簧系统的力，然后以一种非常有战略意义的方式将其转移到手臂上。你可以拿着一个重达15磅(6.8公斤)的工具，它可以支撑一整天。”

可穿戴co-robotics

埃克索很快指出，他们的背心不是一个提升和携带辅助设备。它并不是为了给你超人的力量，这是人们对许多外骨骼的普遍误解。

坎宁安说:“这是一种马拉松式设备与动力提升设备的对比。”“这将有助于你的耐力，几天后你就会真正注意到好处。你会有更多的精力，你的手臂也不会那么累，你会感觉更好。我们设计这款设备的目的是为了防止人们在整天工作的工地上受伤。”

当你开始抬起你的手臂时，机械驱动器开始发挥作用，开始为你的手臂提供一点推力。应用包括任何类型的重复架空工作，如汽车装配线上的底盘板钻孔，或排气系统安装。该背心还可用于施工环境，工人正在进行架空管道和电气工作，工业油漆，隔音板天花板安装和工业砂光。

福特对EksoVest进行了不到一年的试用，并对该设备的不同迭代进行了测试。坎宁安表示，与福特的合作为外骨骼如何工作提供了有益的见解。

“我们已经从福特和其他各种飞行员那里获得了反馈，并将其应用到设计更改中。现在我们正在努力将这些背心分发到市场上，”坎宁安说。

EksoVest可以个性化定制。软性物品，包括腰带、袖口和背包带，有不同的尺寸。您还可以通过调整驱动器内的弹簧来改变提供给用户的力的大小。

EksoVest项目的首席工程师Kevin Dacey表示:“我们还可以单独调整驱动器。“例如，如果有人在汽车生产线上钻车身底板，他们可能一只手拿着钻头，另一只手通常在处理螺母和螺栓，所以他们可能希望司机的手臂受力更大，另一只手臂受力更小。”

这个装置有一些智能设计，但都是机械的。不像今天的工业机器人是机电机械，这些是被动设备。没有汽车。没有电。

达西说:“并非所有的外骨骼都必须由电力或电池供电。”“机械设计更实惠，更耐用。在工业领域，这些工人每周5天，每天8小时穿着背心。他们不想每天晚上都记得充电。”

坎宁安说:“动员上肢所需的力量比动员下肢要少得多。”“我们的康复外骨骼是一种机电设备，需要巨大的扭矩才能让人从坐着站起来。为上半身外骨骼提供机电动力几乎是小题大做了。”机器人外骨骼仍然是一个新领域。坎宁安说，这个领域在不断发展。

“你会看到更多的机械外骨骼，因为它们更便宜，”她说。“可负担性将带来可及性。机械外骨骼是日常生活的解决方案。我们设想在未来的10年里，每个家庭都会有一个外骨骼。你的diy爱好者可以在当地的五金店买到一个。在不久的将来，这种与机器人的合作关系将是一种机械关系。”

机械、机电、液压和仿生机器人有各种配置。就像人一样。在机器人领域呆久了，你就会开始对事物有不同的看法。你看到了尝试和失败，挫折和成功，你会睁大眼睛。我们很容易为所取得的进步感到惊叹，但也很容易理解前面充满挑战的道路。

你会敏锐地意识到人类身体和思想的惊人能力。更令人惊讶的是，你会发现自己相信机器人帮助你欣赏人类拥有的独特能力，并且每天都认为这是理所当然的。

我们的创造力、想象力、感知力、灵活性，以及令人难以置信的同理心和批判性思维能力。机器人如何竞争?他们不应该这么做。人类和机器人作为一个团队更强大。

Tanya M. Anandan是特约编辑机器人工业协会(RIA)和机器人在线．RIA是一个非营利性的行业协会，致力于通过机器人技术和相关自动化来提高北美制造业和服务业的区域、国家和全球竞争力。这篇文章最初出现在RIA网站上．RIA是CFE媒体内容合作伙伴推进自动化协会(A3)的一部分。由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

原始内容可以在www.robotics.org．

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