设计人与类人机器人之间的“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的人形机器人助手。障碍是什么?经过深思熟虑，他们想从这样一个机器人中得到什么，他们利用模拟和他们相当聪明的创造力创造了夏娃，“世界上第一个用人类的力量操作的机器人，在近乎沉默的情况下，安全地在人群中工作(并与之互动)。”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:是什么激发了您和您的同事创办Halodi Robotics?

Bernt Øivind Børnich:从一开始，我们的目标就是让机器人走出工厂，来到人类中间。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，而它似乎不会自己发生。所以，我们真正开始坐下来，看看为什么没有发生。进入这个市场的主要障碍是什么?要做到这一点，实际上还缺少什么呢?因为它是一种罕见的东西，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，我们制造机器人的一些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、负担得起的机器人。这些年来，有很多产品都有这两种功能，但没有一种产品万博网同时具备这三种功能。

AA: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，诸如此类。万博网但在我看来，它们并不是真正的机器人，因为机器人是自动化的——它把工作自动化。如果你不能自动化体力劳动，你就不是一个真正的机器人。它们相对安全，价格相对低廉，但它们能力有限。

然后是有能力的机器人，我认为是工业机器人。他们有能力，他们开始负担得起，但他们并不安全。每当它们捡到东西时，都有一个模式——它们快速而精确地移动，然后几乎停止，然后又移动。这是因为，在移动的时候，系统中的能量是如此之高以至于如果机器人碰到任何东西，要么机器人断裂要么它们碰到的任何东西断裂。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制造，但进入市场与人类进行一般互动仍然存在安全障碍。

AA:你在Halodi做了什么来制造可以安全地与人类一起工作的机器人?

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，你不怕撞到你的同事。这可能很尴尬，但并不危险。

我们设计的第一个机器人伊芙，很大程度上受到了生物学的启发。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，我们在运动中只有很少的能量碰撞的能量非常低。我们不关心影响。当我拿起某样东西时，我是通过与它碰撞来做到的。甚至当我拿起我的咖啡杯时，我也会撞到杯子。

夏娃可以与事物互动，包括人类，以一种顺从、柔和、自然的方式。它能够施加很大的力，但它以最小的能量移动。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;这就像与人类交互一样，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量，因为这两件事不一定是相关的。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少的。它真正为我们打开了市场，因为它使我们安全。

AA:你是如何设计齿轮、马达和机器人关节之间的连接线的?

Børnich:我们使用与人类肌肉纤维非常相似的系统——合成纤维线，在我们的许多驱动器之间共享，以移动机器人。我们用非常低速的马达来实现这一点它有非常大的扭矩，和非常轻的重量。《星战前夜》的称重能力是市面上任何同尺寸产品的三倍，所以它真的是游戏规则的改变者。

这个问题的核心是，你如何获得力或扭矩密度，使你能够以很小的速度和很小的重量获得很大的动力?因为这样你所有的问题就不简单了，但要简单得多。这是一个很难开始的问题。因此，我们花了很多时间做大型优化模型，利用Ansys仿真等找出设计电动机的最佳方法。万博

AA:你们是如何决定使用Ansys软件的?万博

Børnich:最初，Ansys软件对我万博们这样的初创公司来说太贵了。如果没有。我们就无法使用它万博Ansys启动程序。这对我们非常有利，因为其他模拟工具的质量并不相同，我们已经对它们进行了评估。所以，创业项目给了我们很大的力量，我们对此非常感激。

AA:您最常使用An万博sys的哪一款仿真产品?万博网

Børnich:如果你看一下花费的时间万博Ansys机械因为工程团队的每个人都在产品的组件方面做了很多模拟。但我们正在做的重大工作是在马达方面，我对此非常兴奋。我在公司早期的主要贡献是做所有的电机设计。我现在还在做大部分的工作——这就是我把手弄脏的地方。为此，我们使用了一些内部工具和万博Ansys Motor-CAD。

电机cad有一种非常有效的解决电机仿真的方法，因此您可以在大参数模型上进行迭代并进行优化。我们对频率相关损耗做了很多分析。哪些频率相关的损耗对我们运行电机的速度有影响，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解决方案和万博其他解决方案来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“制造设计”上，特别是在新一代电机上，我们正在为大批量生产建立合适的装配线。

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?”这将大大简化制造过程。”我们需要决定这个提议的程序实际上会如何影响性能。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，我们了解到它不会对性能产生太大影响，所以我们说，“让我们这样做。”

能够在几个小时内通过模拟回答这些问题是非常重要的。对公司来说，现在，深入制造方面是一件非常重要的事情，要确保我们拥有的不仅是高性能，而且要满足最初的三个标准:安全、性能和价格。如果你在自动化制造方面做得很好，你也可以以极低的成本生产产品。

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牵引力。我们刚刚完成了有史以来最大的一笔人形机器人交易，140个机器人将于今年晚些时候交付给一家安保公司。

因为我们的机器人很强大，除了能够巡逻、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。你需要用很大的力量才能打开它们。

我们也能够很好地将人类与机器人联系起来。因此，我们有一个非常强大的化身模式，我们将人类的所有运动学映射到机器人的运动学上。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，除了它是一条带轮子的腿，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，取出别人放在门上的袋子，等等。因此，在这个应用程序中，我们有一组机器人覆盖一栋建筑，由一名中央操作员监督这组机器人。当机器人发现一个袋子挡住了一扇应该关闭的门时，它会寻求帮助。操作者控制机器人，取下包装袋，机器人自动继续工作。这使我们能够涵盖所有的边缘情况。每次机器人不知道如何处理一个情况，而人类介入并通过化身模式来处理时，机器人就会学习如何处理。

这也为客户提供了更好的服务，因为有很多事情是机器人擅长的，也有很多事情是人类擅长的，我们想把它们都用在它们最擅长的事情上。如果一个机器人在下班后巡逻，那里应该没有人，他打开一扇门，看到房间里有人，他就会提醒操作员。操作员通过机器人与人交谈，包括通过机器人绘制他的肢体语言，以解决问题。

AA:您还提到了医疗保健应用。你认为这是如何实现的?

b ø rniich:随着人口老龄化，辅助机器人可以通过使用技术帮助人们过上更好、更独立的生活。他们还可以帮助医院的护理，比如移动轮椅上的病人或帮助他们穿衣服。简单的事情，比如早上你想起床的时候就起床，而不是等到护士有时间的时候。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——这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。