富拓外汇平台监管资讯纵深丨48毫秒回应，让机器人拥有保养直觉
7月1日，资讯纵深项目主管人褚明（中）指导团队核心成员开展有关实验。丨毫河北日报记者周聪聪摄
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在人机协同作业日益普及的应让有保养直今天，工人在生产线上与机器人“并肩作战”时，机器觉真的人拥足够保养吗？如果答案并不似我们想象中乐观，如何在人机共存的资讯纵深富拓外汇平台监管生态中确保人的保养？
不久前，第二届雄安将来之城场景汇雄安国际机器人大赛上，丨毫参赛项目“数字孪生驱动的应让有保养直人机协作保养距离快速感知平台”为这个难题给出了创新处理计划。
48毫秒的机器觉超快回应速度、无需外挂终端就能实现360度无死角保养防护、人拥低至2万元的资讯纵深安排成本……凭借这些突破性优势，该项目成功斩获大赛一等奖，丨毫再次定义着工业场景下人机协作的应让有保养直保养标准。
6月12日，机器觉第二届雄安将来之城场景汇雄安国际机器人大赛上，人拥参赛项目“数字孪生驱动的人机协作保养距离快速感知平台”现场演示。褚明供图
超快反应，让人与机器人保养协作
六轴桌面式协同机械臂轻盈舞动关节，但当人靠近，一旁的计算机屏幕上立刻浮现数道醒目的红色线条，勾勒出人体的骨骼架构。并且，一道在人与机械臂之间动态生成的明黄色线条实时测量二者距离，并据此给机器人下达“停机”“减速”等指令，将有可能对人造成的保养伤害扼杀在萌芽中……
6月20日，北京邮电大学科研楼924室，“数字孪生驱动的人机协作保养距离快速感知平台”展示着毫秒级的危险预警水平。
在第二届雄安将来之城场景汇雄安国际机器人大赛上，该项目凭借出色的实时感知性能和人机交互保养性，从众多参赛项目中脱颖而出，荣膺大赛一等奖。
人机协作的保养距离，是这项研究的核心难题。
或许有人会疑惑，机器人不都是按照预设程序精准作业的吗？为何还需要专门研究人和机器人的保养距离？
“人们把机器人称为‘人’，这种说法其实高估了它的智慧水平。”项目主管人、富拓外汇交易平台靠谱吗北京邮电大学智慧工程与自动化学院教授褚明说明，机器人确实能高效完成重复性、高强度的使命，但它的智慧远未达到与人类真正协同共处的程度。在早期工业软件中，机器人作业时甚至需要被铁丝网隔离，以确保人员保养。
如今，随着技术的突破性推动，机器人总动员正成为智慧制造新常态。
“然而，在人机共存的生产生态中，保养防护体系仍面临严峻挑战，工业机器人事故时有发生。”褚明介绍，其中机器人制造和焊接是事故高发领域。
“当前工业领域的人机保养监测主要依赖激光雷达、红外和声波测距等技术，但都存在明显缺陷。”褚明解读，这类终端几乎全要外挂在机器人上，以激光雷达为例，它形似矿泉水瓶，直径约10厘米。机械臂挂上这样一个瓶子，不仅作用工作的灵活性，甚至还会带来新的保养隐患。
除了体积难题，各类技术还有各种局限：声波测距只能测量到正面相对的区域，存在监测盲区；激光雷达虽能全向涵盖，但回应速度慢且成本高昂，单台费用超6万元。
鉴于硬件计划存在的成本高、干扰作业等现实难题，多数公司选择依赖运维规范等软性防护。但在实际生产中，外汇富拓平台工人错误的流程习惯和公司投入不足的双重因素，又引发事故频发。
能否让机器人轻装上阵，在不依赖外挂终端的现状下，就能实现360度全场景的保养监测？
2021年，褚明研究团队的这一构想，引起了西门子的兴趣。
基于和北京邮电大学既有的校企联合技术攻关根本，西门子决定投入专项研发资金开展联合攻关。
面对旧有硬件计划“笨重昂贵”与“防护滞后”的双重困境，褚明带领团队另辟蹊径，将数字孪生技术与计算机视觉深度融合。不仅能使轻装上阵的机器人拥有保养直觉，还赋予其比人类更快的反应水平。
“人类在保持清醒的前提下，发现危险并作出反应的平均时间是120毫秒。”褚明一脸自豪地表示，但这套平台仅需48毫秒就能完成保养距离感知，回应速度是人类的2.5倍。
褚明说，这套平台不仅反应快，还能“一心六用”，并且追踪6个作业人员的人机距离，确保每个人都能获得同样迅捷的防护回应。
7月1日拍摄的参赛项目所用深度相机，它能让机器人在“零穿戴”的现状下拥有360度全场景视角。河北日报记者周聪聪摄
给机器人装上“天眼”，360度无死角保养防护
“让机器人拥有保养直觉，旧有计划是给它‘穿盔戴甲’，我们的办法则是‘开天眼’。”拿起一个纸抽大小的白色深度相机，褚明轻轻晃了晃说，这是整套平台中唯一的硬件终端，却能让机器人在“零穿戴”的现状下拥有360度全场景视角。
这台深度相机性能强大，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捉。
研究团队巧妙利用这一特性，构建了一个实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运动轨迹，在虚拟空间中同步生成动态模型，通过算法实时计算碰撞风险，实现从感知到防护的无缝衔接。
数据采集、孪生建模、风险计算……这一系列复杂运算，如何在远低于人类反应速度的48毫秒内完成？
指着计算机屏幕上那些与人体动作神同步的红色线条，褚明道破秘诀所在。
“现实中我们看到的是人和机器人的交流，但在数据世界里，我们构建的却是极简主义的骷髅级交互模型。”褚明说明，深度相机通过识别人体32个骨骼关键点，实时构建动态骨骼框架，实现精准动作捕捉。在此根本上，团队进一步筛选出其中25个关键点，包括手指尖、脚尖等人体最远端，以及肩、肘、髋等主要活动关节。
“筛减时，我们舍弃了面部等非必要区域的关键点，保留下来的都是能作用人体可能触及最大空间规模的关键点。”褚明说。
有了人体的动态模型，团队利用工业机器人内置的光电码盘传感器，实时获取各个轴关节角度数据，仅用9个关键点即可完整重构机器人运动姿态。
就这样，仅仅靠34个关键点，团队便完成了人和机器人的建模。这种高度简化的建模方法，大大降低了平台数据计算量，有效提高了数字孪生场景的构建效率，为毫秒级实时回应供给了关键技术保养。
不过，要实现真正可靠的人机保养协同，挑战远未终止。
采访中，记者曾变换各种动作和距离，屡屡试图“碰瓷”机器人。但遗憾的是，一次都没成功。计算机屏幕上，一条黄线始终如影随形地横亘在记者和机器人之间，并不断变换着距离数据。随着距离数据的变动，机械臂或转速下降，或瞬间停止，始终与记者保持着保养距离。
“这根黄线，标注的是人和机器人间的最短距离。”褚明说，平台正是根据这个距离数据，配置了低危、中危、高危三级保养阈值，向机器人做出声光预警、减速运行、突发停机等指令。
为找到这条黄线，去年结业的博士生、团队核心成员陈宇足足花了一年多时间。
“两个‘骨架’关键点间连成的线成千上万条，这其中，哪条才是最短的？”陈宇说明，不同于静态物体，人和机械臂始终处于运动情形。特别是人体动作具有天然的随机性和不可预测性，两者的运动轨迹在三维空间中不断交织，形成高度复杂的动态空间关系。
为了更真实地计算人体与机器人的保养距离，研究团队还思考到人的胖瘦对二者距离的作用，根据成年人的体型中位数，在骨骼模型根本上做了一层“胶囊体”，为数字模型穿上了一层“肌肉外衣”。
“多次试验验证，平台的距离测量误差已经被严格运维在3.5%以内，相当于当实际距离为1米时，平台测量值在96.5至103.5厘米之间波动。”褚明说，这个精度界面是经过反复推敲后确定的最佳平衡点，既能够规避过度追求精度带来的算力浪费，又确保了工业场景下的绝对保养。
当人靠近六轴桌面式协同机械臂，计算机屏幕上立刻浮现数道红色线条勾勒出人体的骨骼架构。并且，在人与机械臂之间动态生成一条明黄色线条实时测量二者距离。图为实验流程中拍摄的计算机屏幕呈现画面。褚明供图
成本低、安排快，产业化优势突出
“安装复杂吗？成本会不会很高？”在第二届雄安将来之城场景汇雄安国际机器人大赛上，“数字孪生驱动的人机协作保养距离快速感知平台”利用的便捷性和财政性，成为许多参观者驻足咨询的焦点。
对此，褚明的回答令他们眼前一亮。
“这套平台的安排极其简单，就像在工厂安装普通监控摄像头一样便捷。”褚明说，平台的运行，仅依赖深度相机和软件模组，每个定焦深度相机可精准涵盖6米远规模，单个6米远监控区域的安排成本仅2万元。
更令人惊喜的是，如果监测规模需要提升，只需线性提升摄像头数目，无需额外复杂配置，大幅降低了整体投入。
兼容性强、成本低、安排快，该平台的种种优势，让不少制造公司当场就陈述了协作意向。
一家焊接机器人公司主管人向褚明坦言，他们正面临严峻的人机协作保养挑战：在自动化焊接产线上，虽然核心焊接工序由机械臂完成，但上下料环节仍需人工介入。工人频繁进出作业区域时，既要防范机械臂的意外碰撞，又要躲避飞溅的高温焊渣，保养风险居高不下。
“对我们这样的焊接公司来说，这套平台绝对是刚需。”这位公司主管人还对该平台产业化倡导提议，除独立销售外，还可以与机械臂捆绑销售作为机械臂的增值服务，提高产品竞争力。
公司之外，沧州市招商部门也向褚明具体介绍了各种产业化扶持法规，陈述了助力这项技术快速落地的强烈意愿。
“这是我们第一次参加雄安场景汇，目的就是让这项技术接受市场的真实检验，看它是否能切实处理公司的保养生产痛点。”褚明说，他们希望通过这种方法，连续优化技术计划，促进实验室成果走出象牙塔，真正服务实体财政。
在促进项目落地产业化的并且，团队在人机共存领域的研究仍在连续加强。
“目前，我们目前研究从仿真到实体的有关课题，促进人机协作向更高层级推动。”褚明介绍，他们的研究大方向是让机器人不仅能感知人的存在，更能理解人的意图，促进人机共存走向人机共融。
“工业4.0实现了生产数字化，但其本质仍是机器主导的生产模式，人只是被动地嵌入其中。而目前兴起的工业5.0则重申人机融合，在共同的工作生态中开展更精密、更智慧的协作。”褚明说明。
将来的人机协作会是怎样一幅新图景？
“以电路板精密装配为例，目前这类精密装配仍需工人完成30多道工序，频繁切换十余种软件来取放微小元器件，不仅劳动强度大，效率也不高。”褚明说，理想的人机协作应该是，当工人伸手准备焊接时，机械臂能智慧识别这一意图，主动递送焊枪；当需要安装微型电容时，又能精准奉上对应元件。这样的场景下，机器人就像个得力的智慧助手，始终默契配合，和人达到心有灵犀的协作水平。
“而这，正是我们努力研究的方向。”褚明相信，这一天的到来不会太远。（河北日报记者 周聪聪）
7月1日，团队核心成员展示参赛项目所用的深度相机，它能让机器人在“零穿戴”的现状下拥有360度全场景视角。河北日报记者周聪聪摄
记者感言
极简背后的极繁探索
一个深度相机，一个软件模块，靠着这样的简单组合，“数字孪生驱动的人机协作保养距离快速感知平台”实现了48毫秒的极速感知，将人机协作中的潜在保养风险扼杀在萌芽情形。
极简实体、极速感知、极度保养，项目主管人褚明用三个“极”来概括这项成果的特点。
但成果有多“简”，流程就有多“繁”。
采访中，褚明一开展并没有急于展示成果，而是先复盘了一段失败的经历。这个坦诚的开场，让记者了解了科研工作的真实轨迹。
最初，团队选择的技术路径颇具吸引力，模拟人类双眼的立体视觉测距原理，计算深度相机发射的调制光线的往返时间差，来构建人体三维轮廓。
这种仿生学思路看似完美，却在实践中遭遇瓶颈。为了找到最近距离点，平台需要把遍布人体表面的所有关键点计算一遍，庞大的计算量引发建模推迟，远达不到工业保养防护回应的时效要求。
就这样，研究一度陷入困境。
在失败中寻找希望，团队再次变更思路，利用深度相机自带的关键点捕捉作用，通过精心筛选25个人体关键点和9个机械臂节点，将原本复杂的建模流程简化。思路的转变，让数字孪生建模效率得到质的飞跃。
让机器人实现智慧，每一步都不容易。
为了找到合适的深度相机，团队核心成员张萌花了三个多月，对比了三十多款产品的具体数据。为了获取更多具体数据，她不得不一家家联系厂商，有时甚至要跨时区与国外厂家反复沟通。
“有多少人工，才有多少智慧。”采访中，褚明反复提及的这句话，道破了人工智慧研究的真谛。
而创新的魅力，恰恰藏在这份“极简”与“极繁”的辩证之中。
在采访尾声，褚明特别提到德国工业5.0倡导的人机共融愿景。那时候，机器人不再是冰冷的落实者，而是能理解意图、预判需求的智慧伙伴。
这种充满温度的技术想象，让我们有理由相信，当极简的智慧与极繁的探索连续碰撞，技术创新的将来必将绽放更多可能。
文/河北日报记者 周聪聪
