在人机协同作业日益普及的今天★✿，工人在生产线上与机器人“并肩作战”时★✿，真的足够安全吗？如果答案并不似我们想象中乐观★✿，如何在人机共存的环境中确保人的安全？
不久前★✿，第二届雄安未来之城场景汇雄安国际机器人大赛上★✿，参赛项目“数字孪生驱动的人机协作安全距离快速感知系统”为这个难题给出了创新解决方案★✿。
48毫秒的超快响应速度★✿、无需外挂设备就能实现360度无死角安全防护★✿、低至2万元的部署成本……凭借这些突破性优势★✿，该项目成功斩获大赛一等奖★✿，重新定义着工业场景下人机协作的安全标准★✿。
6月12日★✿，第二届雄安未来之城场景汇雄安国际机器人大赛上★✿，参赛项目“数字孪生驱动的人机协作安全距离快速感知系统”现场演示★✿。褚明供图
六轴桌面式协同机械臂轻盈舞动关节★✿，但当人靠近★✿，一旁的电脑屏幕上立刻浮现数道醒目的红色线条一触即发★✿。★✿，勾勒出人体的骨骼结构★✿。同时★✿，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”等指令路星辞含着段嘉衍的性器补车★✿，将有可能对人造成的安全伤害扼杀在萌芽中……
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安全距离快速感知系统”展示着毫秒级的危险预警能力★✿。
在第二届雄安未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安全性★✿，从众多参赛项目中脱颖而出★✿，荣膺大赛一等奖★✿。
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安全距离？
“人们把机器人称为‘人’★✿，这种说法其实高估了它的智能水平★✿。”项目负责人★✿、北京邮电大学智能工程与自动化学院教授褚明解释★✿，机器人确实能高效完成重复性★✿、高强度的任务★✿，但它的智能远未达到与人类真正协同共处的程度★✿。在早期工业应用中★✿，机器人作业时甚至需要被铁丝网隔离★✿，以确保人员安全★✿。
“然而★✿，在人机共存的生产环境中★✿，安全防护体系仍面临严峻挑战★✿，工业机器人事故时有发生路星辞含着段嘉衍的性器补车凯发k8★✿！★✿。”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安全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★✿。”褚明分析★✿，这类设备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★✿，不仅影响工作的灵活性★✿，甚至还会带来新的安全隐患★✿。
除了体积问题★✿，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凯发娱发K8官网★✿，存在监测盲区★✿；激光雷达虽能全向覆盖★✿，但响应速度慢且成本高昂★✿，单台价格超6万元★✿。
鉴于硬件方案存在的成本高★✿、干扰作业等现实问题★✿，多数企业选择依赖管理规范等软性防护★✿。但在实际生产中★✿，工人错误的操作习惯和企业投入不足的双重因素★✿，又导致事故频发★✿。
面对传统硬件方案“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安全直觉★✿，还赋予其比人类更快的反应能力★✿。
“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★✿，但这套系统仅需48毫秒就能完成安全距离感知★✿，响应速度是人类的2.5倍★✿。
褚明说★✿，这套系统不仅反应快★✿，还能“一心六用”★✿，同时追踪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响应★✿。
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”的情况下拥有360度全场景视角★✿。河北日报记者周聪聪摄
“让机器人拥有安全直觉★✿，传统方案是给它‘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★✿，这是整套系统中唯一的硬件设备★✿，却能让机器人在“零穿戴”的情况下拥有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凯发官网入口首页★✿，★✿。
数据采集路星辞含着段嘉衍的性器补车★✿、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？
“现实中我们看到的是人和机器人的互动★✿，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★✿。”褚明解释★✿，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★✿。在此基础上★✿，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★✿，保留下来的都是能影响人体可能触及最大空间范围的关键点★✿。”褚明说★✿。
有了人体的动态模型k8凯发国际登录★✿，★✿，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式★✿，大大降低了系统数据计算量★✿，有效提升了数字孪生场景的构建效率★✿，为毫秒级实时响应提供了关键技术保障★✿。
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★✿。电脑屏幕上★✿，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凯发娱发K8官网★✿。随着距离数据的变化★✿，机械臂或转速下降★✿，或瞬间停止★✿，始终与记者保持着安全距离★✿。
“这根黄线★✿，标注的是人和机器人间的最短距离★✿。”褚明说★✿，系统正是根据这个距离数据★✿，设置了低危★✿、中危★✿、高危三级安全阈值★✿，向机器人做出声光预警★✿、减速运行★✿、紧急停机等指令★✿。
“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？”陈宇解释★✿，不同于静态物体★✿，人和机械臂始终处于运动状态凯发娱发K8官网★✿。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安全距离★✿，研究团队还考虑到人的胖瘦对二者距离的影响★✿，根据成年人的体型中位数★✿，在骨骼模型基础上做了一层“胶囊体”★✿，为数字模型穿上了一层“肌肉外衣”★✿。
“多次试验验证凯发娱发K8官网★✿，系统的距离测量误差已经被严格控制在3.5%以内★✿，相当于当实际距离为1米时★✿，系统测量值在96.5至103.5厘米之间波动★✿。”褚明说★✿，这个精度窗口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安全★✿。
当人靠近六轴桌面式协同机械臂★✿，电脑屏幕上立刻浮现数道红色线条勾勒出人体的骨骼结构★✿。同时★✿，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★✿。图为实验过程中拍摄的电脑屏幕显示画面★✿。褚明供图
“安装复杂吗？成本会不会很高？”在第二届雄安未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安全距离快速感知系统”使用的便捷性和经济性★✿，成为许多参观者驻足咨询的热点★✿。
“这套系统的部署极其简单★✿，就像在工厂安装普通监控摄像头一样便捷★✿。”褚明说★✿，系统的运行★✿，仅依赖深度相机和软件模组★✿，每个定焦深度相机可精准覆盖6米远范围★✿，单个6米远监控区域的部署成本仅2万元★✿。
更令人惊喜的是★✿，如果监测范围需要扩大★✿，只需线性增加摄像头数量凯发娱发K8官网★✿，无需额外复杂配置★✿，大幅降低了整体投入★✿。
一家焊接机器人企业负责人向褚明坦言凯发娱发K8官网★✿，他们正面临严峻的人机协作安全挑战★✿：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★✿，安全风险居高不下路星辞含着段嘉衍的性器补车★✿。
“对我们这样的焊接企业来说★✿，这套系统绝对是刚需★✿。”这位企业负责人还对该系统产业化提出建议★✿，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★✿，提升产品竞争力★✿。
企业之外★✿，沧州市招商部门也向褚明详细介绍了各种产业化扶持政策★✿，表达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★✿，看它是否能切实解决企业的安全生产痛点★✿。”褚明说★✿，他们希望通过这种方式★✿，持续优化技术方案★✿，推动实验室成果走出象牙塔★✿，真正服务实体经济★✿。
“目前★✿，我们正在研究从仿真到实体的相关课题★✿，推动人机协作向更高层级发展★✿。”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★✿，推动人机共存走向人机共融★✿。
“工业4.0实现了生产数字化路星辞含着段嘉衍的性器补车★✿，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★✿。而正在兴起的工业5.0则强调人机融合★✿，在共同的工作环境中开展更精密★✿、更智能的协作★✿。”褚明解释★✿。
“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★✿，频繁切换十余种工具来取放微小元器件★✿，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k8·凯发(中国)天生赢家·一触即发★✿，★✿，机械臂能智能识别这一意图凯发娱发K8官网★✿，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能助手★✿，始终默契配合★✿，和人达到心有灵犀的协作水平★✿。
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”的情况下拥有360度全场景视角★✿。河北日报记者周聪聪摄
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安全距离快速感知系统”实现了48毫秒的极速感知★✿，将人机协作中的潜在安全风险扼杀在萌芽状态★✿。
采访中★✿，褚明一开始并没有急于展示成果★✿，而是先回顾了一段失败的经历★✿。这个坦诚的开场k8凯发娱乐★✿，★✿，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★✿，系统需要把遍布人体表面的所有关键点计算一遍凯发k8国际首页登录★✿，★✿，庞大的计算量导致建模延迟★✿，远达不到工业安全防护响应的时效要求★✿。
在失败中寻找希望★✿，团队再次调整思路★✿，利用深度相机自带的关键点捕捉功能★✿，通过精心筛选25个人体关键点和9个机械臂节点★✿，将原本复杂的建模过程简化★✿。思路的转变★✿，让数字孪生建模效率得到质的飞跃★✿。
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详细数据★✿。为了获取更多详细数据★✿，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★✿。
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执行者★✿，而是能理解意图★✿、预判需求的智能伙伴★✿。
这种充满温度的技术想象★✿，让我们有理由相信★✿，当极简的智能与极繁的探索持续碰撞★✿，科技创新的未来必将绽放更多可能★✿。
