機(jī)器人系統(tǒng)已被引入許多現(xiàn)實(shí)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(jī)器人可以協(xié)助人類裝配線和倉(cāng)庫(kù)工人，高精度地裝配產(chǎn)品的某些部件，然后將其交給負(fù)責(zé)執(zhí)行其他操作的人類代理。

近年來(lái)，機(jī)器人專家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家一直在努力開發(fā)越來(lái)越先進(jìn)的系統(tǒng)，以增強(qiáng)工業(yè)環(huán)境中機(jī)器人與人類之間的互動(dòng)。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(shí)物，如正在制造的特定產(chǎn)品或部件。

中國(guó)南京航空航天大學(xué)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(jī)器人之間的協(xié)作。機(jī)器人與計(jì)算機(jī)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(shí)世界環(huán)境的虛擬地圖，在機(jī)器人與人類合作完成特定任務(wù)時(shí)，規(guī)劃并執(zhí)行合適的機(jī)器人行為。

張澤群、紀(jì)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(dòng)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(jī)交互中心所倡導(dǎo)的靈活交互原則。"

"此外，目前的方法并沒(méi)有在統(tǒng)一的空間中建立人類和機(jī)器人的模型，這對(duì)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(jī)交互的數(shù)字孿生系統(tǒng)"。

張澤群、紀(jì)玉辰及其同事創(chuàng)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(gè)人類和機(jī)器人代理協(xié)作場(chǎng)景的虛擬復(fù)制品。隨后，該系統(tǒng)會(huì)規(guī)劃有效的協(xié)作策略，并在真實(shí)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(fù)算法，這是一種有助于重建被遮擋人體的計(jì)算技術(shù)。

此外，張澤群、紀(jì)玉辰及其同事還在系統(tǒng)中引入了不確定性估計(jì)技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)控制算法出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了動(dòng)作識(shí)別算法的性能。

研究人員在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，評(píng)估了他們的新型數(shù)字孿生系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)中使用了一個(gè)設(shè)計(jì)用于工業(yè)環(huán)境的機(jī)器人。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，他們的系統(tǒng)能增強(qiáng)機(jī)器人與人類代理在各種任務(wù)中的協(xié)作，包括拋光、拾取、組裝和放置物品等任務(wù)。

"實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提出的方法優(yōu)于基線方法。"張澤群、紀(jì)玉辰及其同事說(shuō)："最后，通過(guò)一個(gè)涉及部件組裝的案例研究，驗(yàn)證了HRC系統(tǒng)的可行性和有效性。

張澤群、紀(jì)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(jī)器人上實(shí)現(xiàn)，并在更多的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試。