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“支撐起2020年東京奧運會的技術和人們”第2期 生活輔助型機器人“HSR”

2022年03月28日 11:03????信息來源:豐田汽車(中國)投資有限公司

豐田作為奧林匹克和殘奧會的全球合作伙伴,除了為2020年東京奧運會提供車輛方面支持以外,還引入了各種各樣的機器人。ToyotaTimes將用三期特輯的篇幅來介紹項目組成員們付出的努力。誠然,他們不像那些運動員們可以直接在賽場上一展身手,但他們做出的幕后貢獻絕對不容忽視。在本次特輯的第2期中,我們采訪到了生活輔助型機器人“HSR”的研發團隊。

HSR(Human Support Robot)于2012年開始研發,是一款輔助家庭生活的生活輔助類機器人。其高度約為100cm,與需要坐輪椅的殘障人士視線水平面幾乎相同。全方位平板車上是一個圓筒形小型輕量機身,機身中具備可上下移動的可收納機械臂,能夠搬運重量大約為1.2kg的行李,完成“撿起地上的物品”或者“從架子上取東西”等工作。

2015年,豐田與日本國內外的多家研究機構攜手,共同成立了推進技術開發的機制——“HSR開發聯盟”。豐田將向加入“HSR開發聯盟”的研究機構借出其開發的新型HSR用于研究。而現在,豐田又擴大了朋友圈,與日本國內外14個國家、46個據點(截至2022年1月底)共享軟件和know-how等研發成果,通過合作推進技術的開發。豐田也根據殘障人士及福祉機構相關人員的反饋對HSR進行了多次改良,以盡早實現實用化為目標。

從客戶視角出發,齊心協力研發

在2020年東京奧運會期間,有部分客人需要使用東京新國立競技場內設置的輪椅觀戰席,而HSR則是負責為這些人提供移動和觀戰方面的支持。

具體來說,對于坐輪椅的客人,它能夠提供以下服務:①為了減少殘障人士在人群中移動的壓力,將從入口處“引導客人至觀眾席”;②考慮到夏天天氣炎熱,為了讓他們能夠安心觀看比賽,將“分發飲用水”。

對于所有來到現場的人,它能夠提供以下服務:③為了大家能夠在回家前一身輕,提供“垃圾回收”服務;值得一提的是,以上三點都是針對移動方面提供的支持。④為了留下一生僅此一次的寶貴回憶,當初的實施計劃中也有提供“拍照服務”這一項。

來自R-開拓部的高橋正浩主任回憶起當時,說道:“其實,HSR原本是作為生活輔助機器人,以‘家中使用的機器人’這一條件為前提進行研發的。要想HSR在體育場這樣特殊的環境中自由移動,我們還有許多方面需要改善。”

高橋主任/運營負責人

與在房間內移動不同,要想在廣闊的體育場內自由移動,首先必須準確把握HSR的位置信息。

為此,我們一開始就模擬了整個會場的地圖。為了掌握和對象物體之間的距離以及周圍的信息等,我們在HSR前后各內置了一個名為LiDAR的激光雷達。但只是這樣的話,如果遇到人流量過大的情況,激光會有可能無法觸及到墻壁,這么一來就沒辦法準確測量自身的位置。因此,我們在它的頂部位置又安裝了2臺攝像機,通過與事先收錄好的天花板紋路進行匹配,以此掌握自身所在位置。

通過組合使用這4種用途不同的設備,HSR可以在人來人往的環境中安全行駛。另外,在引導帶路的時候,HSR還可以通過后方的LiDAR確認乘坐輪椅的客人有沒有跟上來。

通過前后方下面的LiDAR(照片中左下、右上)和朝向天花板的攝像機(照片中左上)掌握HSR的位置信息。位于前面的攝像機(右下)使用廣角鏡頭,確保了視野的廣闊

顯示屏上方是現場的實時畫面。下方可以正確顯示位置信息和周圍的障礙物,還可以一邊改變視點的高度和方向一邊掌握具體狀況

當然,這些功能是團隊開始面向2020年東京奧運會進行針對性研發后才逐漸配備的。在2020年東京奧運會中,我們沒有強行去實現全自動化,而是將“人隔著顯示屏操作的遠程操縱”與“自主功能”相結合。這樣一來,操作員就可以通過親切對話的方式為客人提供服務了。

另外,為了提高操作員的操作性,我們將原來視野為65°的前方攝像機更換成了視野為165°的廣角鏡頭。

另外,我們也針對噪音的應對方案進行了改良。2018年的時候我們在豐田體育場進行了實證實驗,我們發現當人們大聲歡呼時,即使HSR靠近乘坐輪椅的客人身邊,操作員也聽不到對方的聲音。為了能讓操作員清楚地聽到HSR面前的客人的聲音,我們對麥克風也進行了改良。

這所有的方式方法,都是我們考慮到操作員的感受,和各位操作員一起反復嘗試,并細致完善技術后的成果。

其實,HSR需要的不僅是技術上的更新,研發人員還要考慮到實際坐在輪椅上的客人們需要怎樣的服務。關于這一點,他們也和負責遠程操縱的操作員們進行了討論,雙方人員共同進行了研發工作。在這其中,來自TOYOTA LOOPS的村瀨禮美給予了團隊很多寶貴建議,因為她本身也是一名輪椅使用者。

村瀨/操作員

按照最初的計劃,我們準備在客人到場后立刻派發飲用水來表示歡迎。但站在輪椅使用者的角度來說,如果還沒到觀眾席的時候手里就得拿著東西的話,反而會增加途中移動的負擔。因此我從這點出發,向研發團隊提出了“等客人坐下后再派發飲用水,這樣帶來的負擔最小”這一提議。

另外,在派發水的時候,也有人提出用塑料袋裝水更方便,但其實這也有可能增加對方的負擔。比如對于上半身殘疾的人來說,很難從袋子里取出水。

我在TOYOTA LOOPS※中工作,我的同事中也有手部殘疾的人,所以我讓他們實際試一下,HSR在多高的地方以及什么位置遞水比較容易被拿到,我們反復進行了諸如此類的細微改良。

※TOYOTA LOOPS是豐田的一家特別的子公司,它蘊含著“希望增加殘疾人士的就業機會,擴大與職場伙伴和社會的關系”這份美好的愿望。(https://www.toyota-loops.co.jp/)

就這樣,研發工作在推進過程中,兼顧了開發者的想法和只有當事人才知道的輪椅使用者的想法。就在這時,受新冠疫情的影響,奧運會決定延期,大家不得不討論變更或是中止一直以來的實施方案。

團隊與奧組委商討后,最終決定只在2020年東京殘奧會中使用HSR,同時其活動范圍也有所改變,由原來體育場1層設有輪椅觀看席的部分看臺區域,擴大到1層的整個看臺外圍通道和入口附近。但由于本次比賽沒有觀眾,因此HSR將不提供“引導客人至觀眾席”的服務,而是向大會工作人員提供“分發飲用水”“垃圾回收”“拍照服務”的服務。

由于活動區域的擴大,操作員遠程操縱的比重也有所增加,所以團隊重新開始了研發工作。

“以人為本”的“豐田式”服務

村瀨回想起奧運會延期前的服務,表示:“延期前,操作員和客人的實時對話占比很低,我們作為操作員只能平淡地念出規定好的臺詞。但我想要是能提供更加具有獨創性的對話服務該有多好”。于是以延期為契機,再加上操作員參與的領域擴大了,團隊的計劃變更為了增加與客人間的自然對話,并致力于創造“雖然是機器人,但能給人帶來溫暖”的服務。

這其中之一就是HSR的頭部動作。村瀨說:“顯示器上會呈現HSR操作員的面孔,而為了讓操作員和客人之間的視線能夠對上,我們嘗試根據客人的臉的高度配合調整了HSR頭部的角度。這是實證實驗中,我們操作員一邊討論一邊得出的創意動作”。在那之后,這個動作被視為基本動作,添加到了相關手冊當中。除此之外,對話時點頭、被詢問座位位置時一邊讓身體和機械臂動作起來一邊說“在那邊”等,研發團隊有意讓HSR做出諸如此類有富有人情味的動作??梢哉fHSR的動作和之前相比,變化非常之大。

在正式開幕的2020年東京殘奧會上,操作員在TOYOTA LOOPS(豐田市)通過遠程操縱操控著HSR,這么一來,這些機器人仿佛每一輛都擁有了自己的個性,在會場中忙忙碌碌,穿梭自如。

可以看到,HSR在觀眾席間來回奔走,操作員可以通過遠程操縱的方式一邊和奧運會相關負責人談笑,一邊拍攝紀念照片。在從旁邊經過時,考慮到有人會察覺不到安靜行駛的HSR,為了避免撞到這些人,操作員會發出“我要過去啦”之類的聲音來提醒。

村瀨在操縱HSR時,每天必做的一件事,就是向經常路過的小賣部店員打招呼。

“我想著,每次都會打招呼的機器人應該會很有趣吧,就試了試。這么堅持了一段時間,小賣部的人開始常常和我說‘今天操縱機器人的是你啊’,我們自然而然地相互認識了。也有越來越多的人和我打招呼”,就這樣,奧運會的相關人員都漸漸和村瀨熟悉了起來。

其中,令村瀨印象最深刻的是一次與國外媒體的對話。她說:“我希望大家能從機器人身上感受到人情味,因此準備開個玩笑。當時我操縱HSR來到觀眾席的邊緣,那里有臺風扇,我讓機器人停在那里,然后說‘這里可真涼快啊’,一旁國外媒體的人用英語和我搭話說‘真的假的’。我居然可以通過機器人來玩笑,而且對方還是外國人。這件事讓作為操作員的我充滿了自信。”這份心情也傳達給了世界上的人們。

HSR接受BBC的采訪

來自R-開拓部的森健光主管看到了這一情景,感慨道:“如果操作員能懷著一顆熱情好客的心進行操作的話,那即使是隔著機器人,他們的熱情也能很好地傳達給他人。”

森主幹/技術責任者

我認為人與人之間的交流帶來了人們之間的羈絆,這份羈絆能讓人感到安心和溫暖。

2020年東京殘奧會舉辦期間拍攝的紀念照片多達數百張。通過實施以人為介的服務,產生了更多的交流,這才能讓這么多人留下了如此寶貴的回憶。

2輛HSR為一個組合進行運轉:將照相機固定在機械臂上的攝影用HSR、作為紀念照片中的一員出鏡的被拍攝用HSR。紀念照片會當場打印出來并作為禮物送給來到這里的人們

我想,能夠取得這些成果,都要歸功于擔任操作員的TOYOTA LOOPS的各位。因為這個項目的初衷是提供讓客人高興的服務,所以在當時沒有觀眾的緊張的氣氛中,HSR讓許多大會負責人感到了治愈,為他們留下了令人心頭一暖的服務。

如果使用我們的(結合了遠程操縱和自主功能的)機器人,就可以向有困難的人溫柔地打招呼,貼近他們并伸出援助之手,向他們提供“豐田式”的服務。

可以看到,這不單單是用機器人代替人的工作,而是考慮到了如何支持人的活動、如何與人共生。上述這種基于“以人為本”的思考方式帶來了“豐田式”服務,創造了許多人與人之間的溝通交流。

在奧運會的最后一天,23輛HSR等間隔排列在體育場1樓的外圍,為比賽的工作人員們送行。

“雖然其中有一部分是沒有操作員的自主模式HSR,但可以看到在有操作員操縱的HSR上,大家都隔著屏幕微笑揮手呢。”這也讓人們重新意識到,即便相距很遠,但通過HSR,大會負責人和操作員的心也能夠相連。

上圖為擔任操作員的TOYOTA LOOPS成員們。他們運用各自不同的個性來操控HSR,使HSR從一個普通的機器人進而成為了受人喜愛的吉祥物

不拘泥于現有“場所”,探尋潛藏在機器人中的可能性

通過2020年東京奧運會的經驗,HSR團隊獲得了很多啟迪。其中,村瀨表示自己除了獲得了完成工作后的成就感之外,還因為第一次從事接待客人的工作而感到格外高興。

“因為我是第一次接待客人,所以這段時間感覺就像做夢一樣。說實話,以前我做夢都沒想到自己還能夠從事接客服務。因為我是殘疾人,所以在決定職業的時候,覺得除了坐在辦公室伏案的工作外別無其他選擇。但沒想到還可以借助機器人實現這些,真的讓我非常驚訝。”對于可選擇的職位比較有限的人們來說,HSR也為他們帶來了希望。

HSR屏幕里的村瀨是當天的操作員。她戴著耳機,使用控制桿和鼠標遠程操控HSR

看到了村瀨后,本次的項目負責人、來自連接先行開發部(當時為R-開拓部)的戶田隆宏主管說:可以看到HSR的項目有了進一步的發展。

戶田主管/項目負責人

在提供服務方面,是將機器人的遠程操控和自主功能結合起來使用好,還是分別使用好,對于這個問題的答案目前我們還不清楚。但是,通過此次2020年東京奧運會,我們再次認識到:對于那些需要護理的人、殘障人士,以及其他正在享受護理育兒休假的人等等,我們可以通過機器人超越“場所”的概念,為他們提供價值。

單純的重復勞動工作交給機器人,能保證工作樂趣的工作交給人,如果能做到這一點,對于工作方式的改革和創造新的就業機會來說,或許就是邁出了一大步。在這種情況下,我想在HSR的研發過程中,重新考慮讓操作員做什么,以及哪些工作需要自動化。

就像沒有互聯網的時候遠程工作很難一樣,接下來機器人也將改變工作方式。生活支援的目的自不必多說,在今后的研發工作中,我們要意識到這其中還潛藏著創造就業的可能性。

如果有像HSR這樣的機器人,就能超越現有“場所”。不僅是生活支援方面,HSR團隊也看到了其創造就業機會的可能性,并向著未來邁出了一大步。

―豐田汽車是奧林匹克和殘奧會的全球合作伙伴―


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