设计人类和类人机器人之间的“软碰撞”

Halodi Robotics由首席执行官Bernt Øivind Børnich和首席运营官/首席财务官Stein Erik Maurice于2015年创立，旨在创新他们无法相信尚未存在的人形机器人助手。路障是什么?在对他们想从这样一个机器人身上得到什么进行了大量的深入思考之后，他们利用模拟技术和他们相当大的创造力创造了伊芙，“世界上第一个依靠人类力量操作的机器人，在几乎无声的环境中，安全地与人一起工作(并与人互动)。”在与Børnich交谈后，我们想与您分享他对人类和机器人世界交集的迷人见解。

万博Ansys Advantage:是什么激励您和您的同事创立了Halodi Robotics?

伯恩特Øivind Børnich:从一开始，我们的目标就是让机器人走出工厂，进入人类。这是我和公司所有人毕生的梦想。我们都在等待身边的机器人助手，而这似乎并不是自动发生的。所以，我们真正开始坐下来看看为什么它没有发生。进入这个市场的主要障碍是什么?到底缺少什么才能实现呢?因为这是一种罕见的东西，每个人都要求它，每个人都想要它，但它并不存在。

AA:你从这些讨论中得出了什么结论?

Børnich:我们发现有一些关于我们如何制造机器人的基本原则与如何让机器人在人类环境中发挥作用并不一致。简而言之，我们需要制造安全、有能力和负担得起的机器人。这些年来，有很多产品都有两种功能，但没有一种产品同万博网时具备三种功能。

你能给我们举几个例子吗?

Børnich:是的。有一些类似人类的产品可以挥手和说话，类似的东西。万博网但在我看来，他们不是真正的机器人，因为机器人是一个自动装置——它自动工作。如果你不能自动化体力劳动，你就不是真正的机器人。它们相对安全，价格也相对低廉，但它们的能力不强。

然后是有能力的机器人，我认为是工业机器人。他们是有能力的，他们开始变得负担得起，但他们并不安全。每当它们捡到什么东西时，都有一个模式——它们快速而准确地移动，然后几乎停止，然后再次移动。这是因为，当机器人移动时，系统中的能量非常高，如果机器人接触到任何东西，要么机器人折断，要么它们接触到的东西折断。它们本身就不安全。它们可以在受控的工厂环境中、在训练有素的人员周围安全生产，但要进入市场与人类进行一般互动，仍然存在安全障碍。

问:你在Halodi公司做了什么来制造能与人类安全合作的机器人?

Børnich:我们正在摆脱所有这些能量，这样机器人就可以与世界碰撞，而不会破坏世界或自身。这就是我们人类所做的。当你走在办公室的走廊上时，你并不害怕撞到你的同事。这可能有点尴尬，但并不危险。

我们的第一个机器人Eve的设计灵感来自于生物学。归根结底，我们人类是最小化影响的大师，我们天生就“过度阻尼”。所以，无论我们做什么，运动中的能量都非常少以至于碰撞的能量非常低。我们不关心影响。当我拿起某物时，我通过与它碰撞来实现。即使当我拿起咖啡杯时，我也会撞到杯子。

夏娃可以以一种顺从、柔软、自然的方式与包括人类在内的事物互动。它可以施加很大的力，但它移动的能量很小。这就是我们的系统与众不同的地方。当你与我们的机器人互动时，你会感受到它;这就像和人打交道一样，一切都是柔软的，顺从的，一切都让步了，但它仍然可以施加很大的力，因为这两件事并不一定相关。所以，伊芙可以非常强大，但能量仍然很低。而这正是机器人技术所缺失的。它确实为我们打开了市场，因为它使我们变得安全。

AA:你是如何设计齿轮、电机以及机器人关节之间的连接电缆的?

Børnich:我们使用与人类肌肉纤维非常相似的系统——在我们的许多执行器之间共享的合成纤维线来移动机器人。我们用非常低速的马达来实现它有非常大的扭矩，非常轻的重量。伊芙的重量比你能在市面上买到的任何同尺寸产品的重量都要大三倍，所以它真的是游戏规则的改变者。

这个问题的核心是，你如何得到力或扭矩密度，这样你就可以在很小的速度下有很大的功率，而且重量也很小?因为这样你所有的其他问题就会变得不简单，而是简单得多。这是一个非常难的问题。因此，我们花了很多时间做大型优化模型，利用Ansys仿真等来找出设计电动机的最佳方法。万博

AA:您是如何决定使用Ansys软件的?万博

Børnich:最初，Ansys软件对于万博我们这个初创公司来说是非常昂贵的。如果没有。我们就无法使用它万博Ansys启动程序．这对我们来说是非常有益的，因为其他模拟工具的质量不一样，我们已经评估了所有的工具。所以，创业计划给了我们很大的力量，我们非常感激它。

AA:您使用最多的A万博nsys仿真产品是什么?万博网

Børnich:如果你看一下花费的时间，它是万博Ansys机械因为产品工程团队的每个人都在组件方面做了很多模拟工作。但我们正在做的大工作是在马达方面，这让我非常兴奋。我在公司早期的主要贡献是做所有的电机设计。我仍然在做大部分的工作——这就是我的手脏的地方。为此，我们使用了一些内部工具和万博Ansys Motor-CAD．

Motor-CAD有一种非常有效的解决电机仿真的方法，这样你就可以在大参数模型上迭代并进行优化。我们做了很多频率相关损耗的分析。我们的频率相关的损失中，哪些对电机的运行速度有影响，我们如何利用它来提高性能或简化系统，然后验证它在现实世界中是有效的?我们正在利用Ansys解决方案来万博找出设计电动机的最佳方法。

现在我们花了很多时间在电机的“为制造而设计”上，特别是在新一代电机上，我们正在为大批量生产建立适当的装配线。

AA:所以你们计划大规模生产这些机器人?

Børnich:完全正确。拥有非常好的模拟模型是非常宝贵的，因为你的生产工程师总是会问，“我们能做到吗?”这将使制造变得简单得多。”我们需要确定这个提议的程序将如何影响性能。有时我们运行一个制造模拟的设计，发现它会完全破坏性能。其他时候我们知道它不会对表现产生太大影响，所以我们说，“我们就这么做吧。”

能够在几个小时内通过模拟回答这些问题是非常重要的。现在，对于公司来说，在制造方面深入研究并确保我们的产品不仅性能非常高，而且满足最初的三个标准:安全性、性能和可承受性。如果你在自动化生产方面做得很好，你也可以以极低的成本生产你的产品。

你们这些机器人的目标市场是什么?

Børnich:首先，我们想进入安全、零售(如仓库工作)、物流和医疗保健领域。我们现在在物理安全方面看到了很多吸引力。我们刚刚完成了有史以来最大的人形机器人交易，140个机器人计划在今年晚些时候交付给一家安全公司。

因为我们的机器人功能强大，除了能够四处巡逻、观察和报告外，我们的机器人还可以开门，包括重型门。在安全设施中，你有沉重的门和沉重的门泵。你需要施加很大的力才能打开它们。

我们也能很好地把人类和机器人联系起来。所以，我们有一个非常强大的化身模式我们把人的运动学映射到机器人的运动学。实际上，机器人的关节和关节的活动范围与人类完全相同，包括腿，只是它有一条带轮子的腿，而不是两条腿。

这使我们能够非常有效地进行远程劳动。我们的机器人可以做精细的操作，比如关上窗户，把别人放在门里的袋子拿出来，等等。所以，在这个应用中，我们有一个机器人舰队覆盖一栋建筑，由一个中央操作员监督这个舰队。当机器人发现一个袋子堵住了一扇本应关闭的门时，它就会寻求帮助。操作者控制机器人，取下袋子，机器人自动继续工作。这样我们就能覆盖所有的边界情况。每当机器人不知道如何处理某种情况，而人类介入并通过化身模式进行处理时，机器人就会学习如何处理。

这也为客户提供了更好的服务，因为有很多事情机器人非常擅长，也有人类非常擅长的事情，我们希望两者都能做他们最擅长的事情。如果一个机器人在下班后巡逻，那里不应该有人，他打开一扇门，看到有人在房间里，他就会提醒操作员。操作员通过机器人与人交谈，包括通过机器人映射他的肢体语言，以解决这种情况。

AA:你还提到了医疗保健应用。你认为这是如何运作的?

Børnich:随着人口老龄化，辅助机器人可以帮助人们在足不出户的情况下生活得更好、更独立。他们还可以在医院里帮助护理，比如用轮椅移动病人或帮助他们穿衣服。一些简单的事情，比如早上你想起床的时候起床，而不是护士有时间的时候起床。或者在你饿的时候给你送食物，或者在你想出去的时候帮你穿衣服。帮助别人是我每天早上起床的真正动力。这就是我们希望Halodi机器人公司长期发展的方向。