• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (3): 1-22.doi: 10.3901/JME.2025.03.001

• 特邀专栏:人机联合认知赋能的高端装备设计、制造与运维 • 上一篇    

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面向认知赋能的人机协作:进展、挑战和展望

寇逸群1, 杨晔1, 刘颉2, 胡友民1, 李林3, 俞百川1, 徐家和1, 胡中旭1, 史铁林1   

  1. 1. 华中科技大学机械科学与工程学院 武汉 430074;
    2. 华中科技大学土木与水利工程学院 武汉 430074;
    3. 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 武汉 430223
  • 收稿日期:2024-08-29 修回日期:2024-12-04 发布日期:2025-03-12
  • 作者简介:寇逸群,女,1998年出生,博士。主要研究方向为人机协作、认知建模。E-mail:kyq@hust.edu.cn;杨晔,男,1997年出生,博士。主要研究方向为数字孪生、知识图谱。E-mail:yangye2023@hust.edu.cn;刘颉,男,1988年出生,副教授。主要研究方向为水电能源系统安全运行管理专业领域,聚焦领域为知识图谱、工程物联感知、设备运维检修、虚拟人机交互、无人电站建设等。E-mail:jie_liu@hust.edu.cn;胡友民,男,1965年出生,教授。主要研究方向为数控装备、数字化工厂与虚拟制造、智能制造与控制、参数化驱动三维数字样机、机电设备状态监测、可靠性与安全性技术以及大型成套装备等。E-mail:youmhwh@hust.edu.cn;李林,男,1988年出生,工程师。主要研究方向为高电压技术、物资检测。E-mail:15827628272@163.com;俞百川,男,2001年出生,硕士。主要研究方向为数字孪生、培训系统。E-mail:yubaichuan@hust.edu.cn;徐家和,男,2002年出生,硕士。主要研究方向为具身智能。E-mail:xujiahe@hust.edu.cn;胡中旭(通信作者),男,1993年出生,教授。主要研究方向为制造系统数字化与智能化、智能人机交互与协作、数字孪生驱动智能运维等。E-mail:zhongxu_hu@hust.edu.cn;史铁林,男,1963年出生,教授,国家级领军人才。主要研究方向为微系统与微制造、MEMS测试封装及可靠性、精密仪器与装备、状态监测与故障诊断、信号分析等。E-mail:tlshi@hust.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52205104)和国家重点研发计划(2023YFD2100905,2024YFE030008)资助项目。

Cognitive Empowerment for Human-robot Collaboration: Research Progress and Challenges

KOU Yiqun1, YANG Ye1, LIU Jie2, HU Youmin1, LI Lin3, YU Baichuan1, XU Jiahe1, HU Zhongxu1, SHI Tielin1   

  1. 1. School of Mechanical Science & Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074;
    2. School of Civil and Hydraulic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074;
    3. Nari Group Corporation, State Grid Electric Power Research Institute, Wuhan 430223
  • Received:2024-08-29 Revised:2024-12-04 Published:2025-03-12

摘要: 在工业4.0向工业5.0的发展过程中,以人为本逐渐成为智能制造领域关注的焦点之一。当前的人机协作不仅强调要聚焦于技术的进步与效率的提升,更强调将人类的高阶认知思维与机器的计算能力相结合,实现认知赋能。基于此,梳理人机协作中认知赋能在交互感知、任务规划与执行、技能学习等关键领域的现有研究,揭示了多模态信息整合、任务推理、动态决策与技能知识表征的挑战。进一步,提出通过应用知识图谱构建的相关技术来支持人与其机器认知对齐的方法,以及通过应用知识图谱推理的相关技术来支持复杂环境下人机协作的任务优化和动态决策。在分析现有人机协作认知赋能研究局限性的基础上,展望未来智能制造环境下的深度认知协同的发展方向。

关键词: 人机协作, 认知赋能, 知识图谱, 知识表示, 多模态感知

Abstract: In the transition from Industry 4.0 to Industry 5.0, a human-centered approach has gradually emerged as a focal point in the field of smart manufacturing. Current human-machine collaboration not only emphasizes technological advancements and efficiency improvements but also stresses the integration of human higher-order cognitive thinking with machine computational capabilities to achieve cognitive empowerment. Based on this premise, this study reviews existing research on cognitive empowerment in human-machine collaboration, focusing on key areas such as interactive perception, task planning and execution, and skill learning. The challenges of multimodal information integration, task reasoning, dynamic decision-making, and skill knowledge representation are highlighted. Furthermore, methods are proposed to support human-machine cognitive using knowledge graph construction technologies, as well as to optimize tasks and facilitate dynamic decision-making in complex environments through the application of knowledge graph reasoning techniques. Building upon an analysis of the limitations in current research on cognitive empowerment in human-machine collaboration, this study also forecasts the future directions for deep cognitive collaboration within intelligent manufacturing environments.

Key words: human-machine collaboration, cognitive empowerment, knowledge graph, knowledge representation, multimodal perception

中图分类号: