機器人人機共融技術(shù)研究與進展

王秋惠 趙瑤瑤

（天津工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，天津，300387）

0 引言

機器人產(chǎn)業(yè)如今正在蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用從制造產(chǎn)業(yè)逐漸向家庭娛樂、醫(yī)療健康、航天科技等領(lǐng)域轉(zhuǎn)化[1-3]；另一方面，社會老齡化導(dǎo)致企業(yè)用工短缺，人們重新思考服務(wù)機器人在人類生活及生產(chǎn)過程中所飾演的角色[4-5]。

在工業(yè)4.0大背景下，基于機器人技術(shù)的智能生產(chǎn)模式已成趨勢，人機協(xié)作共融將成為未來智能生產(chǎn)發(fā)展必然面對的新課題[6]，成為衡量一個國家科技創(chuàng)新水平的重要指標。

人機共融理念的提出打破了傳統(tǒng)的單一結(jié)構(gòu)化工作環(huán)境與人控制機器人的傳統(tǒng)工作方式，實現(xiàn)了人與機器人在同一作業(yè)環(huán)境下自然交互與協(xié)同作業(yè)[7]。目前，我國在機器人領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論研究已取得一定成果，但在其技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新型研究相對不足，這制約了我國服務(wù)型機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[8]。因此，關(guān)注新一代服務(wù)機器人人機共融技術(shù)的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)，探究機器人人機共融技術(shù)未來發(fā)展趨勢，對中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有突破性的意義。

人機共融指在同一空間下讓機器人逐漸具備人類感知、學(xué)習(xí)、思考、自適應(yīng)及決策能力，通過與人類大腦邏輯思維及應(yīng)變能力的結(jié)合，使機器人充分發(fā)揮其快速、準確、耐疲勞等機械性能；人與機器人兩者之間優(yōu)勢互補，自然安全地進行交互，共同協(xié)作完成設(shè)定的目標方案，實現(xiàn)人機融合[13]。

伴隨新興智能技術(shù)的快速發(fā)展，新一代的人機交互更加強調(diào)人機共融。人機共融是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，未來的智能機器人產(chǎn)品都將包含人機共融系統(tǒng)層面的元素[8]。因此，機器人人機共融技術(shù)的研究已刻不容緩。

機器人是工業(yè)4.0的九大技術(shù)支柱之一，制定新一代智能服務(wù)機器人發(fā)展策略是各國搶占世界科技制高點的必要措施。目前，美歐日韓等均已發(fā)布一系列機器人戰(zhàn)略政策來支持共融機器人的發(fā)展，中國的機器人產(chǎn)業(yè)與歐美等發(fā)達國家相比起步雖晚，但發(fā)展速度相對較快。2016年中國國家自然科學(xué)基金啟動共融機器人重大研究計劃，提出共融機器人的新理念，期望通過對共融機器人結(jié)構(gòu)、感知與控制的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究，提升機器人交互能力與我國機器人領(lǐng)域整體研究水平，為我國未來機器人產(chǎn)業(yè)及技術(shù)的發(fā)展提供創(chuàng)新思路與科學(xué)支撐[9-10]。次年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，指出人機協(xié)同增強智能是人工智能發(fā)展的重點之一[11]。依附于國家政策的支持，目前國內(nèi)高校及機器人研究所均已積極開展人機共融相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用，力圖為國家亟需解決的現(xiàn)代服務(wù)機器人裝備的開發(fā)提供理論與技術(shù)支撐，使我國智能機器人理論與應(yīng)用技術(shù)步入世界領(lǐng)先行列[12]。

1 共融機器人研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

伴隨新科技技術(shù)的快速發(fā)展，自1959年第一臺工業(yè)機器人問世以來，機器人在許多方面都發(fā)生了巨大變化，例如為更好地服務(wù)人類，出現(xiàn)了針對不同的任務(wù)應(yīng)用情景的各類機器人。為促進不同場景下人與機器人更好地合作，人機協(xié)作成為時下熱點研究領(lǐng)域，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注[14]。目前，機器人正實現(xiàn)從傳統(tǒng)機器人到現(xiàn)代智能化機器人的轉(zhuǎn)變，人機共融作為下一代智能機器人技術(shù)的核心特征[15]，它將從根本上改變未來人機關(guān)系[16-17]。

未來智能機器人功能實現(xiàn)需高度依賴于它們與環(huán)境、人、機器人的實際交互能力，而賦予機器人這種能力將需要對其進行深入研究，以實現(xiàn)機器人與人的融合、機器人與環(huán)境的融合、機器人與機器人的融合[18]，圖1為人機共融詳情圖。

圖1 人機共融詳情圖

1.1 “機器人—人”融合

機器人與人融合指在同一協(xié)作空間下，人與機器人可以緊密協(xié)調(diào)，自然地進行交互，共同協(xié)作完成任務(wù)。人機協(xié)作是目前實現(xiàn)人機融合方法的基礎(chǔ)，它基于人工智能技術(shù)獲取知識表達與推理技術(shù)從而進行形式化計算建模；從人機交互中借鑒交互與信息表示技術(shù)獲取人與機器能力不對稱的認識[4]。

美國在機器人人機協(xié)作領(lǐng)域的研究起步較早，1996年，美國西北大學(xué)的J. Edward Colgate和Michael Peshkin等教授首次提出協(xié)作機器人的概念[19]。而在此之前，美國便已開展相關(guān)研究，美國的Barrett Technology公司在1990年便已開始進行觸覺機器人手臂的研發(fā)任務(wù)，1995年由該公司設(shè)計的世界第一臺商用機器人“WAM”機械臂正式亮相[20]。2009年，丹麥優(yōu)傲機器人公司推出世界第一款以協(xié)作為設(shè)計目標的機器人“UR5”，見圖2（a）所示，它消除了協(xié)作機器人對安全圍欄的需求，并與工人一起進行安全操作。2014年，瑞士ABB集團發(fā)布了世界首臺真正實現(xiàn)人機協(xié)作的雙臂機器人“YuMi”，見圖2（b）所示，該機器人能夠在確保安全的前提下和人進行近距離協(xié)作，該機器人的投入使用代表著人機協(xié)作新時代的來臨[21]。

圖2 協(xié)作機器人

目前醫(yī)療健康是我國戰(zhàn)略及全球關(guān)注的重點[22]，隨著共融機器人在康復(fù)醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，如何處理好人機共融是康復(fù)機器人研發(fā)所面臨的核心問題。

在國外，美國Ekso公司設(shè)計的外骨骼機器人內(nèi)部設(shè)置了3種康復(fù)模式，用戶可以根據(jù)自身病愈情況選擇相應(yīng)模式進行康復(fù)訓(xùn)練[23]。以色列Rewalk公司開發(fā)的康復(fù)下肢外骨骼機器人，見圖3（a）所示，可以通過運動傳感器檢測患者穿戴時肢體動作與重心的變化，模仿正常人類自然行走的步態(tài)，為病患提供合適的步行速度，使癱瘓者重新獲得獨立行走的能力[24]。日本RIKEN國家實驗室研發(fā)的護理機器人“RIBA”，見圖3（b）所示，可根據(jù)醫(yī)護人員的指令完成抱起、移動和放下病人等任務(wù)[25]。

圖3 服務(wù)機器人

另外，Castellini等[26]提出一種基于前臂表面肌電信號的機器學(xué)習(xí)方法，通過指導(dǎo)患者想象用雙手做同樣的動作來收集病人殘肢與健康手抓取與用力的肌電圖數(shù)據(jù)，從而準確確定患者主體愿意使用的抓握類型以及所需的力的大小，該方法可有效實現(xiàn)對高度靈巧的機器人手的手指位置與手指力的在線實時控制。趙偉亮等[27]針對當前主動型下肢假肢的控制問題，提出了一種主動型下肢假肢設(shè)計與分類的通用控制框架，進一步加強了該類產(chǎn)品人機融合理論指導(dǎo)。

Fang 等[28]設(shè)計出觸覺手套可以方便地采集人類抓握的觸覺信息，提出應(yīng)用視覺——觸覺信息融合算法來建立觸覺融合物體識別系統(tǒng)，并將該結(jié)果應(yīng)用于機器人系統(tǒng)以提高機器人操縱性能。Carriere 等[29]通過保持探針和組織表面之間的穩(wěn)定接觸，設(shè)計了一個醫(yī)用協(xié)作機器人助手，操作員可在遠程操作模式或半自動模式下控制從屬機器人，來減少醫(yī)生的疲勞。Mortl等[30]應(yīng)用力矩傳感器來檢測人類意圖，設(shè)計了一款人機協(xié)作共同搬運物體的互動場景模型，研究物理機器人助手的動態(tài)角色分配的客觀和主觀影響。Xu等[14]提出了一種人機回圈的仿真控制方法，通過實時運動模擬令機器人模擬人的動作，以更自然的方式增強機器人的交互能力，并提高了機器人對不確定動態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性。禹鑫燚等[31]通過建立人體上肢運動學(xué)模型獲取交互系統(tǒng)中的人體姿態(tài)信息，應(yīng)用人體姿態(tài)解算方法與目標點跟蹤實現(xiàn)機器人控制策略，設(shè)計了一款可滿足不同交互需求的人機共融系統(tǒng)，該系統(tǒng)可保證同一協(xié)作環(huán)境下的人機安全以及對不同交互模式的適應(yīng)性。

美國麻省理工學(xué)院研發(fā)的“Nexi”機器人，見圖3（c）所示，能理解人類語言，通過豐富的面部表情與肢體動作來表達不同的情感。Knox等將TAMER框架應(yīng)用于“Nexi”，進行交互式導(dǎo)航行為訓(xùn)練的應(yīng)用，使該機器人可從自由形式的人類生成的反饋中學(xué)習(xí)新的自主動作[32]。

1.2 “機器人—環(huán)境”融合

目前大部分工業(yè)機器人只能在單一環(huán)境下進行重復(fù)工作，其本身并不具備感知適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的能力。共融機器人作為未來機器人的發(fā)展重點，需具有感知、理解和快速響應(yīng)未知環(huán)境的能力，面對復(fù)雜動態(tài)環(huán)境可自主規(guī)劃路線且保持正常運行[8]。

Flacco等[33]基于深度空間的概念，提出了一種通過評估機器人與工作空間中動態(tài)障礙物間距離的方法來避免碰撞，實現(xiàn)人機安全共存。姚瀚晨等[34]提出一種基于改進彈簧模型的移動機器人柔順跟隨方法，以解決人機共融環(huán)境下因被跟隨目標的突發(fā)性運動造成的跟隨型自動搬運機器人跟蹤失效或失靈碰撞等問題，實現(xiàn)了在目標無規(guī)律運動場景下機器人對行人的柔順跟隨。

面對復(fù)雜的月面環(huán)境及任務(wù)束縛，共融機器人以其自身優(yōu)越的通用性能為月球探測任務(wù)的實現(xiàn)提供了一條有效的解決途徑[35-36]。歐洲航天局研制的四足機器人“Space-Bok”，見圖4（a）所示，具有全地形適應(yīng)能力，能夠在未知崎嶇地形與低重力環(huán)境下實現(xiàn)自主運行和跳躍活動，其自身具備的側(cè)摔自恢復(fù)功能可提高機器人在月面的生存能力，配合航天員協(xié)作完成探測任務(wù)[37]。俄羅斯航天局研發(fā)的人形機器人“Fedor”，見圖4（b）所示，能在深空探測中代替宇航員完成宇航員在太空中難以操作甚至無法完成的危險任務(wù)。我國由航天科技集團五院抓總研制的中國空間站核心艙中的機械臂，見圖4（c）所示，具有7個自由度，實現(xiàn)了人類手臂的最真實還原，可在太空中完成艙段轉(zhuǎn)位、航天員出艙活動協(xié)助、艙外貨物搬運、艙外狀態(tài)檢查、艙外大型設(shè)備維護等8大類在軌任務(wù)[38]。

圖4 太空機器人

另外，為提高機器人在未知環(huán)境下的自適應(yīng)能力，Liang等[39]在阻抗控制框架內(nèi)，提出一種結(jié)合迭代學(xué)習(xí)算法來生成參考軌跡并改善力跟蹤性能的自適應(yīng)控制方案，通過實時估計環(huán)境剛度與位置使觀測到的力收斂到期望值，從而獲得精確的參考軌跡。該方法對未知環(huán)境具有魯棒性，可應(yīng)用于未知環(huán)境參數(shù)的實際機器人約束操作中。Wang等[40]提出一種由拮抗式氣動肌肉驅(qū)動的肘關(guān)節(jié)主動柔順控制策略，以提高工業(yè)機械手在不同工作環(huán)境下的適應(yīng)性。Gong等[41]設(shè)計了一種新的基于第一視角自然教學(xué)模式的人形機器人，通過構(gòu)建一個人在環(huán)中的遠程在場控制系統(tǒng)來驗證自然教學(xué)模式的有效性，為機器人適應(yīng)動態(tài)環(huán)境的訓(xùn)練提供了新思路。

1.3 “機器人—機器人”融合

在人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，多機器人協(xié)作系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。目前，機器人只能完成單一工作任務(wù)，而智能生產(chǎn)線需要不同類型機器人共同完成更加復(fù)雜的分布式裝配任務(wù)。因此，多機器人之間如何高效地完成協(xié)作任務(wù)是實現(xiàn)機器人與機器人共融的研究熱點。任務(wù)分配作為多機器人協(xié)作過程中的必要環(huán)節(jié)，合理的任務(wù)分配方案可以提高多機器人系統(tǒng)的作業(yè)效率[42-43]。

李虎等[44]從團隊情感角度出發(fā)，考慮積極團隊情感基調(diào)對多機器人團隊協(xié)作能力與有效性的影響，提出了一種針對情感機器人協(xié)作任務(wù)分配的積極團隊情感基調(diào)拍賣算法。Farinelli等[45]提出了基于動態(tài)任務(wù)分配的多機器人巡邏在線協(xié)調(diào)方法，并提出基線貪婪方法（DTAGradient）和基于市場的順序單物品拍賣技術(shù)（DTAP）兩種動態(tài)任務(wù)分配技術(shù)，以適應(yīng)巡邏團隊中不可預(yù)測的變化。Goldhoorn等[46]將強化學(xué)習(xí)算法與基于粒子濾波兩種不同的技術(shù)，應(yīng)用于協(xié)調(diào)移動機器人團隊進行人員搜索與跟蹤。趙文政等[47]介紹了一種層次化測量任務(wù)分配方法，該方法應(yīng)用于多機器人任務(wù)分配中，可提高在線測量下多任務(wù)分配的效率，降低多機器人在共享空間下的運動干涉效率。李珣等[48]針對智能生產(chǎn)車間里機器人搬運作業(yè)過程中所面對的復(fù)雜動態(tài)任務(wù)分配難題，提出智能體博弈理論的分布式自主決策框架，以求解多機器人系統(tǒng)任務(wù)分配的最優(yōu)解。

相較于傳統(tǒng)機器人，共融機器人要求機器人與人在同一工作環(huán)境下，能相互協(xié)調(diào)配合完成復(fù)雜任務(wù)，因此，這需要機器人具有更高的感知、認知、決策、學(xué)習(xí)和協(xié)作能力。

2 人機共融技術(shù)研究重點

人機共融作為時下機器人研究熱點，如何使人與機器人各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢，真正實現(xiàn)人機共融，突破相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)與瓶頸已是當務(wù)之急。

2.1 感知層面

機器人具備感知能力是其區(qū)別于機器的本質(zhì)特征，機器人對環(huán)境和人行為的感知與理解是實現(xiàn)機器人控制與安全的基礎(chǔ)[4]。為保證機器人與人在同一協(xié)作空間內(nèi)的安全，機器人要求具備準確感知和快速理解環(huán)境與人類行為的能力。

感知技術(shù)是實現(xiàn)“人—機—環(huán)境”融合的前提，為了保證機器人與人類在同一環(huán)境下能夠安全地進行合作，機器人需要對非動態(tài)和動態(tài)環(huán)境進行感知，對不斷變化的環(huán)境進行自主調(diào)整與適應(yīng)，準確感知并快速響應(yīng)和其合作的人類與機器人行為[8]。

共融機器人的工作方式不是傳統(tǒng)意義上的重復(fù)式機械操作，人機之間由傳統(tǒng)的單向協(xié)同轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)作領(lǐng)域內(nèi)的雙向協(xié)同，因此，對環(huán)境的實時感知與自主適應(yīng)以及對協(xié)作伙伴行為的理解與反饋都將成為共融機器人技術(shù)發(fā)展必不可少的要求。

感知技術(shù)具體可概括為以下方面：人類行為姿態(tài)預(yù)測識別、非結(jié)構(gòu)動態(tài)環(huán)境交互的建模與理解、機器人多模態(tài)感知融合技術(shù)、智能機器人視覺仿生技術(shù)等。

2.2 安全層面

安全交互是機器人融入大眾生活的基本要求，保證人機協(xié)作過程中人的安全是實現(xiàn)人機共融的首要任務(wù)[12]。

保證人、機在同一物理空間下的交互安全是共融機器人的核心特征，只有在保證人機交互安全的前提下，才能繼續(xù)對機器人人機共融進行相關(guān)研究。

基于傳感器對人和物品進行感知是目前各國普遍追求的新型人機共融形式，該形式允許機器人與人進行親密接觸，通過限制機器人自身速度、功率等輸出能力，從根源上避免人機傷害事故的發(fā)生[5]。

為加強物理交互環(huán)境下的人機安全，機器人要求具備接觸前預(yù)警、接觸后感知以及對人體行為、運動意圖和環(huán)境的感知識別能力[13]?！皺C器人不能傷害人類”，這是I. Asimov提出的“機器人三大定律”中的第一條，作為三條規(guī)則的基礎(chǔ)，它強調(diào)了人與機器人的本質(zhì)關(guān)系與安全要求[49]。因此，不論何種機器人，其服務(wù)的對象都是人，在共享空間下“以人為中心”的共融機器人安全技術(shù)問題應(yīng)是學(xué)者的研究重點。

2.3 結(jié)構(gòu)層面

人因工程是良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮的重點，為提高人機協(xié)作關(guān)系，機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計需充分考慮人的關(guān)節(jié)特征[50]。

未來機器人將是由剛性、柔性材料以及運動機構(gòu)組成的耦合系統(tǒng)[18]，剛性部件確保機器人運行中所需的驅(qū)動力、功率與響應(yīng)性；柔性部件確保機器人與人自然交互，并具備高適應(yīng)能力、靈敏度與交互安全性[51-52]。

目前已有不少學(xué)者從仿生結(jié)構(gòu)、柔性感知技術(shù)、驅(qū)動控制、復(fù)合/智能材料及運動學(xué)建模等方面對仿人機械臂進行研究[53-56]，而要實現(xiàn)其技術(shù)發(fā)展成熟，仍需學(xué)者進行更深入研究。

2.4 交互層面

人機交互是機器人研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一，實現(xiàn)更加智能、方便與安全的交互方式是研究者一直追求的方向。

依靠鼠標、鍵盤等傳統(tǒng)設(shè)備輸入的操作方法不能實現(xiàn)“人—機—環(huán)境”的自然交互，伴隨技術(shù)發(fā)展，基于人體特征的語音、指紋、手勢、面部及虹膜等識別技術(shù)正在逐漸成熟[57]。目前，傳統(tǒng)的單一交互方式已不能滿足機器人發(fā)展的需求，多種交互方式融合的交互方法將是未來的研究熱點。

為實現(xiàn)高效自然的人機交互模式，研究人員需要對虛擬示教技術(shù)、機器人自主語音識別交互技術(shù)、基于視覺的機器人手勢姿態(tài)識別技術(shù)、“生—機”智能交互與生機電一體化機器人技術(shù)等相關(guān)技術(shù)進行深入研究。

3 挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢

3.1 問題與挑戰(zhàn)

目前，機器人人機共融研究已取得一定成果，但在其核心技術(shù)發(fā)展方面仍面對諸多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為四個層面：未知動態(tài)環(huán)境感知能力提升；人機協(xié)作安全性挑戰(zhàn)；結(jié)構(gòu)與機構(gòu)技術(shù)的提升；人機交互技術(shù)智能化發(fā)展。

3.1.1 未知動態(tài)環(huán)境感知能力提升

共融機器人需要與人在同一物理環(huán)境下合作完成復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)，這要求機器人需具備感知適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境變換的能力，在作業(yè)過程中能自動避開障礙物且自主規(guī)劃行駛路線。

因此，為實現(xiàn)共融機器人在未知動態(tài)環(huán)境下仍能完成作業(yè)任務(wù)的愿景，未來應(yīng)用對相關(guān)感知、認知、決策及自適應(yīng)等方面的技術(shù)研發(fā)與提升提出了更高要求。

3.1.2 人機協(xié)作安全性挑戰(zhàn)

保證人機安全是人機共融技術(shù)發(fā)展需面對的主要挑戰(zhàn)，主要受機器人感知技術(shù)、機器人環(huán)境感知與行為理解、機器人動態(tài)環(huán)境下自適應(yīng)能力以及行業(yè)安全標準設(shè)定等因素影響。目前，我國在人機共融安全技術(shù)領(lǐng)域處于起步時期，行業(yè)及用戶對于其安全意識并不高，如何建立該領(lǐng)域行業(yè)標準，確保人機協(xié)同安全作業(yè)是未來人機共融重點研究方向。

因此，為確保實際作業(yè)任務(wù)中的“人—機—物”的安全，未來應(yīng)用對機器人感知、控制、結(jié)構(gòu)等技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。

3.1.3 結(jié)構(gòu)與機構(gòu)技術(shù)的提升

這方面包括加強機器人技術(shù)與運動機構(gòu)學(xué)、力學(xué)的融合，設(shè)計具有更加靈活柔順的仿人機器人，提高操作靈活性；提升機器人在動態(tài)環(huán)境、極端環(huán)境下的自適應(yīng)能力；深入研究柔性材料技術(shù)，加強機器人人機自然交互水平；研發(fā)新的機器人內(nèi)部驅(qū)動裝置，增強機器人續(xù)航能力等。

機器人結(jié)構(gòu)與機構(gòu)技術(shù)的提升對未來共融機器人的發(fā)展具有重要意義。

3.1.4 人機交互技術(shù)智能化發(fā)展

目前人機交互技術(shù)雖已趨于成熟，但是在具體應(yīng)用過程中仍存在不足，如：目前語音識別只能進行簡單的對話，不能識別復(fù)雜操作，并受環(huán)境噪音影響，存在不能準確識別語義的可能；手勢識別在辦公狀態(tài)下無法實現(xiàn)交互且缺少反饋機制；受化妝技術(shù)、面部表情變化以及光照條件等多因素影響，面部識別在實際應(yīng)用中仍存在問題。因此，基于“以人為中心”理念實現(xiàn)人機自然交互，提高宜人性水平；實現(xiàn)多種交互模式并存的自然高效的交互方式；能夠自主理解、學(xué)習(xí)感知用戶需求，突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸等等，是未來學(xué)者所面臨的主要挑戰(zhàn)。

3.2 發(fā)展趨勢

相對于傳統(tǒng)機器人而言，共融機器人實現(xiàn)了人與機器人在同一物理環(huán)境下的和諧共生。而人作為人機系統(tǒng)的主要參與者，保證人的安全是實現(xiàn)機器人人機共融的首要要求。因此，一個完善的人機共融系統(tǒng)的建立，需要重點考慮人因工程。這就需要加強各高校、研究院等在機器人相關(guān)領(lǐng)域人因工程學(xué)的科普教育與研究，提高人機共融的效率與安全性；注重人的安全，建立共融機器人產(chǎn)業(yè)安全標準，突破機器人感知技術(shù)瓶頸，加強行業(yè)對于共融機器人的安全意識。

人機交互的方式及其融合深度決定了未來人機共融系統(tǒng)的效率。目前傳統(tǒng)單一化的交互方式仍存在不足，多交互模式融合是未來人機交互方式的發(fā)展方向。

為實現(xiàn)人機融合的自然高效的交互模式，擺脫傳統(tǒng)的屏幕限制，感知交互將是未來人機交互的研究重點?；谄鋬?nèi)部感知系統(tǒng)，機器人無需用戶任何輸入操作便能感知環(huán)境變化與人類需求，通過對用戶行為、表情、姿態(tài)等識別以及環(huán)境變化來主動感知預(yù)測用戶下一步行為需求，實現(xiàn)由被動接受用戶輸入操作向主動感知用戶需求的轉(zhuǎn)變。因此，為更好的實現(xiàn)人機共融，感知技術(shù)的提升是人機共融技術(shù)發(fā)展的重要因素，未來機器人絕大部分功能實現(xiàn)需要其具備準確高效的感知識別技術(shù)。

基于人體特征的共融機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計；研發(fā)新型材料取代傳統(tǒng)剛性材質(zhì)；使機器人具備更好的環(huán)境適應(yīng)能力、更加靈活以及更加安全的人機交互方式等均是未來機器人人機共融結(jié)構(gòu)技術(shù)研究的重點。

共融機器人技術(shù)的發(fā)展需要涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的交叉與融合，其未來將在各領(lǐng)域進行應(yīng)用，因此，需要機械、力學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)以及心理學(xué)等諸多領(lǐng)域?qū)＜夜餐浜?，通過各領(lǐng)域前沿技術(shù)的交叉融合實現(xiàn)人機共融技術(shù)的快速發(fā)展。

4 結(jié)論

目前，我國機器人人機共融技術(shù)研究正處于初期階段，在未知動態(tài)環(huán)境感知能力提升、人機協(xié)作安全性挑戰(zhàn)、結(jié)構(gòu)與機構(gòu)技術(shù)的提升以及人機交互技術(shù)智能化發(fā)展等方面仍面臨挑戰(zhàn)，未來在技術(shù)研發(fā)、理論研究與公眾意識等方面仍有很長的路要走。因此，不同領(lǐng)域的專家需要共同配合來實現(xiàn)前沿領(lǐng)域的交叉融合，并以此推動機器人人機共融技術(shù)的發(fā)展。

人機共融作為未來智能機器人的發(fā)展方向，突破目前人機共融相關(guān)技術(shù)瓶頸，探究其未來技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新要素，加快共融機器人在各領(lǐng)域的融合應(yīng)用，對我國未來機器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。