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Stein Erik Maurice于2015年创立，旨在创新他们无法相信竟然没有存在过的人形机器人助手。障碍是什么?在对这样的机器人进行了大量的深入思考之后，他们利用模拟和他们相当聪明的创造力创造了Eve，“世界上第一个依靠人类力量操作的机器人，在近乎安静的环境中安全地与人工作(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叉的迷人见解。

Ansys Advantage:是什么激励你和你的同事创办了Halodi Robotics?

BerntØivind Børnich:从一开始的目标就是让机器人走出工厂，进入人类。这是我和公司里所有人毕生的梦想。我们都在等待身边的机器人助手，但这似乎不会自己发生。所以，我们真的开始坐下来，看看为什么它没有发生。进入这个市场的主要障碍是什么?到底缺少什么才能让它发生?因为这是一种罕见的东西每个人都在要求它，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:我们发现在制造机器人的过程中有一些基本原则与如何让机器人在人类环境中发挥作用是不一致的。简而言之，我们需要制造安全、有能力和负担得起的机器人。多年来，有很多产品都具备这两种功能，但没有一种产品同时具备这三种功能。

AA:你能给我们举几个例子吗?

Børnich:是的。有一些类人产品可以挥手和说话，诸如此类。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。如果你不能将体力劳动自动化，你就不是一个真正的机器人。它们是相对安全的，相对便宜的，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。它们是有能力的，它们开始变得便宜，但它们并不安全。每当它们捡到什么东西时，都有一个模式——它们快速而精确地移动，然后几乎停止，然后再次移动。这是因为，当移动时，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。它们本来就不安全。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，但要进入与人类一般互动的市场，仍然存在安全障碍。

AA:你在Halodi做了什么来制造能安全与人类一起工作的机器人?

Børnich:我们正在消除所有这些能量，这样机器人就可以直接与世界碰撞，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，你并不害怕碰到你的同事。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，我们的运动只有很少的能量，所以碰撞的能量非常低。我们不关心影响。当我拿起某物时，我通过与它相撞来实现。即使当我拿起咖啡杯时，我也会与杯子相撞。

Eve可以以顺从、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。当你和我们的机器人互动时，你会感觉到它;这就像和人类打交道一样，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量，因为这两件事并不一定相关。所以，伊芙可以很强壮，但仍然能量很低。而这正是机器人技术所缺失的。它为我们打开了市场，因为它使我们安全。

AA:你是如何设计齿轮、马达和连接机器人关节之间的电缆的?

Børnich:我们使用与人体肌肉纤维非常相似的系统——合成纤维线，在我们的许多执行器之间共享，以移动机器人。我们用极低速的马达来完成它有非常大的转矩，和非常小的重量。伊芙的功率与重量之比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，使你可以有很大的功率，以非常小的速度和仍然非常小的重量?因为那样你所有的其他问题就变得不简单了，而是简单了很多。这是一个很难解决的问题。因此，我们已经花了大量的时间做大型优化模型，利用Ansys仿真等找出设计电机的最佳方法。

AA:您是如何决定使用Ansys软件的?

Børnich:最初，Ansys软件对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Ansys启动程序．这给我们带来了巨大的好处，因为其他模拟工具的质量并不相同，我们已经评估了所有这些工具。所以，“启动计划”非常有力量，我们非常感激它。

AA:您使用最多的Ansys仿真产品是什么?

Børnich:如果你看看花费的时间，就会发现Ansys机械因为在产品的工程团队中，每个人都在组件端做了大量的模拟。但我们正在做的主要工作是在发动机方面，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——这就是我一直在做的事情。为此，我们使用了一些内部工具和Ansys Motor-CAD．

马达cad有一种非常有效的方法来解决电机的模拟问题，这样你就可以迭代大参数模型并进行优化。我们对频率相关的损耗做了很多分析。在我们运行马达的速度下，哪种频率相关的损耗会产生影响，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否有效?我们正在利用Ansys解决方案等找出什么是最好的方式设计电动马达。

现在我们花了很多时间在“为制造而设计”的电机上，特别是新一代的电机，我们正在为大批量生产建立合适的装配线。

AA:所以你们打算批量生产这些机器人?

Børnich:完全正确。拥有真正优秀的模拟模型是非常宝贵的，因为你的生产工程师总是会问:“我们可以这样做吗?”这将大大简化制造过程。”我们需要决定这个提议的程序将如何影响性能。有时我们运行一个用于制造模拟的设计，却发现它会完全破坏性能。其他时候，我们知道这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，对公司来说，深入生产是一件非常重要的事情，不仅要确保我们拥有非常高性能的产品，还要满足最初的三个标准:安全性、性能和可负担性。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:作为初学者，我们希望进入安全、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一笔人形机器人交易，140个机器人计划在今年晚些时候运往一家安全公司。

由于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。

我们还能很好地将人类与机器人进行映射。所以，我们有一个非常强大的化身模式，我们把人类的所有运动学映射到机器人的运动学。这个机器人的关节和关节的活动范围和人类完全一样，包括它的腿，只是它的一条腿是带轮子的，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很好的操作，比如关上窗户，拿掉别人放在门里的袋子等等。所以，在这个应用中，我们有一个机器人队伍覆盖一栋建筑，由一个中央操作员监督这个队伍。当机器人发现一个袋子堵住了本应关闭的门时，它会请求帮助。操作人员控制机器人，取出袋子，机器人自动继续工作。这使我们能够涵盖所有的边界情况。每当机器人不知道如何处理一种情况，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非常擅长的，也有很多事情是人类非常擅长的，我们想把它们都用在他们最擅长的事情上。如果一个机器人正在进行下班后的巡逻，而那里本不应该有人，他打开一扇门，看到房间里有人，他就会通知操作员。操作员通过机器人与被测者对话，包括通过机器人映射他的肢体语言，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?

Børnich:随着人类人口的老龄化，辅助机器人可以通过技术帮助人们在足不出户的情况下过上更好、更独立的生活。他们还可以在医院里帮忙照顾病人，比如用轮椅抬病人或者帮他们穿衣服。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，这才是我早上起床的真正原因。这就是我们想把Halodi机器人公司长期带到的地方。