协作机器人(cobots) 常常与人类共享工作空间。为了保证人类的安全，机器人通常必须暂停正在进行的末端执行器任务，直到人类停止干预。这种操作让机器人在不同的工作模式之间转换，可能会影响任务效率。

为同时保证协作机器人的安全性和高效性，研究团队提出了一种新的人机协作互补框架——协作机器人和人类分别作为任务空间（Task Space）和零空间（Null Space）的主要工作者，在人类指定的交互环境（interactive environment）中进行交互。这种解耦可以确保当人类参与到机器人任务中时，机器人的主要任务和末端执行器不会受到影响。

通过动态运动基元（DMP）实现的人机交互界面（增强现实（AR）和触觉设备），能够让人类专家更直观地进行示教和协作。

人类在未知复杂环境中具有较强的适应、决策、应对能力，而机器人善于处理高速、高精度和高重复度的工作，该框架能更好地发挥人类和机器人的优势并进行结合，形成优势互补。

参考资料：

[1] Aude Billard, Danica Kragic, Trends and challenges in robot manipulation. Science364, eaat8414(2019). DOI:10.1126/science.aat8414

[2] X. Yan et al., "A Complementary Framework for Human–Robot Collaboration With a Mixed AR–Haptic Interface," in IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 32, no. 1, pp. 112-127, Jan. 2024, doi: 10.1109/TCST.2023.3301675.

[3] https://www.youtube.com/watch?v=_mbtEf5tktY&t=462s

香港理工大学机械工程学系David Navarro-Alarcon副教授团队近期发表了一系列基于传感器的机器人系统运动控制的成果。这其中包括机器人操纵领域的热点“可变形物体的视觉形状伺服”，以及利用可变形态方向的研究成果，开发的具有主动改变形态能力的新型软体-刚体移动智能体，以及基于形态的控制方法的其他应用。

▍人机协作操纵可变形线性物体

对可变形线性物体进行实时反应操纵是一项具有挑战性的任务，它要求机器人对外力导致的物体形状变化做出快速、自适应的反应。本文提出了一种新方法，用于在人机协作的背景下对可变形线性物体进行实时反应操纵。该方法结合了拓扑潜在表示法和固定时间滑动模式控制器，实现了人与机器人之间的无缝交互。[4]

研究人员提出了一种具有可控刚度和可变形新型混合移动机器人设计方案。与传统的智能体相比，该系统可以通过固化或熔化其结构中的菲尔德金属，在刚性和柔性阶段之间切换，从而通过其活动组件的运动来改变形状。在柔软状态下，机器人的主体可以弯曲成圆弧形，从而能够适应周围的曲面物体。[5]

▍光子嫩肤机器人

David团队于22年在工程技术一区期刊 IEEE-ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS 上发表题为“Robotics Meets Cosmetic Dermatology: Development of a Novel Vision-Guided System for Skin Photo-Rejuvenation”的论文。论文首次提出使用机器人机械手自动进行人脸光子嫩肤。

人类操作手 vs 机器人操作手

本文提出了一种用于光子嫩肤的新型机器人系统，它能对受试者的面部皮肤组织进行均匀的激光热刺激。机器人治疗由一个定制的机械手执行，机械手配备了美容激光发生器、深度传感器和热像仪。为了规划机械手的最佳轨迹，系统会计算面部的表面模型，并将其划分为七个区域，然后自动对这些区域进行均匀的激光照射。最后，通过多位受试者实验验证了系统性能。[6]

参考资料：

[4] Peng Zhou et al.,"Reactive human–robot collaborative manipulation of deformable linear objects using a new topological latent control mode," in Robotics and Computer-Integrated Manufacturing,Vol. 88,2024,102727,ISSN 0736-5845, https://doi.org/10.1016/j.rcim.2024.102727.

[5] L. Labazanova et al.,"Self-Reconfigurable Soft-Rigid Mobile Agent With Variable Stiffness and Adaptive Morphology," in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 8, no. 3, pp. 1643-1650, March 2023, doi: 10.1109/LRA.2023.3241749.

[6] M. Muddassir et al., "Robotics Meets Cosmetic Dermatology: Development of a Novel Vision-Guided System for Skin Photo-Rejuvenation," in IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 27, no. 2, pp. 666-677, April 2022, doi: 10.1109/TMECH.2021.3075207.

4月23日(周二)19:00，《方斌对话》系列直播03期邀请清华大学自动化系李翔副教授、香港理工大学机械工程学系David Navarro-Alarcon副教授分别以“面向人机共融的智能互补协同操作”和“On Shapes, Robots, and Sensor-Based Controls”主题分享报告。方斌教授还将以独特视角开启三人精彩对话，带领观众直击港深前沿机器人研究，探寻科研合作机会。期待本期《方斌对话》带给您不一样的启发！欢迎扫码报名观看！