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

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(xiàn)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(fā)團隊。

HSR（Human Support Robot）于2012年開始研發(fā)，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(nèi)外的多家研究機構(gòu)攜手，共同成立了推進(jìn)技術(shù)開發(fā)的機制——“HSR開發(fā)聯(lián)盟”。豐田將向加入“HSR開發(fā)聯(lián)盟”的研究機構(gòu)借出其開發(fā)的新型HSR用于研究。而現(xiàn)在，豐田又?jǐn)U大了朋友圈，與日本國內(nèi)外14個國家、46個據(jù)點（截至2022年1月底）共享軟件和know-how等研發(fā)成果，通過合作推進(jìn)技術(shù)的開發(fā)。豐田也根據(jù)殘障人士及福祉機構(gòu)相關(guān)人員的反饋對HSR進(jìn)行了多次改良，以盡早實現(xiàn)實用化為目標(biāo)。

從客戶視角出發(fā)，齊心協(xié)力研發(fā)

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(nèi)設(shè)置的輪椅觀戰(zhàn)席，而HSR則是負(fù)責(zé)為這些人提供移動和觀戰(zhàn)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(wù)：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(dǎo)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(fā)飲用水”。

對于所有來到現(xiàn)場的人，它能夠提供以下服務(wù)：③為了大家能夠在回家前一身輕，提供“垃圾回收”服務(wù)；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(dāng)初的實施計劃中也有提供“拍照服務(wù)”這一項。

來自R-開拓部的高橋正浩主任回憶起當(dāng)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(jìn)行研發(fā)的。要想HSR在體育場這樣特殊的環(huán)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(fù)責(zé)人

與在房間內(nèi)移動不同，要想在廣闊的體育場內(nèi)自由移動，首先必須準(zhǔn)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(nèi)置了一個名為LiDAR的激光雷達(dá)。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(zhǔn)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(jìn)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(shè)備，HSR可以在人來人往的環(huán)境中安全行駛。另外，在引導(dǎo)帶路的時候，HSR還可以通過后方的LiDAR確認(rèn)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(xiàn)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(dāng)然，這些功能是團隊開始面向2020年東京奧運會進(jìn)行針對性研發(fā)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(xiàn)全自動化，而是將“人隔著顯示屏操作的遠(yuǎn)程操縱”與“自主功能”相結(jié)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(wù)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(yīng)對方案進(jìn)行了改良。2018年的時候我們在豐田體育場進(jìn)行了實證實驗，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)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(fēng)也進(jìn)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(fù)嘗試，并細(xì)致完善技術(shù)后的成果。

其實，HSR需要的不僅是技術(shù)上的更新，研發(fā)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(wù)。關(guān)于這一點，他們也和負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程操縱的操作員們進(jìn)行了討論，雙方人員共同進(jìn)行了研發(fā)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(zhǔn)備在客人到場后立刻派發(fā)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(fù)擔(dān)。因此我從這點出發(fā)，向研發(fā)團隊提出了“等客人坐下后再派發(fā)飲用水，這樣帶來的負(fù)擔(dān)最小”這一提議。

另外，在派發(fā)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(fù)擔(dān)。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(fù)進(jìn)行了諸如此類的細(xì)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(yè)機會，擴大與職場伙伴和社會的關(guān)系”這份美好的愿望。（https://www.toyota-loops.co.jp/）

就這樣，研發(fā)工作在推進(jìn)過程中，兼顧了開發(fā)者的想法和只有當(dāng)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(shè)有輪椅觀看席的部分看臺區(qū)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(dǎo)客人至觀眾席”的服務(wù)，而是向大會工作人員提供“分發(fā)飲用水”“垃圾回收”“拍照服務(wù)”的服務(wù)。

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

“以人為本”的“豐田式”服務(wù)

村瀨回想起奧運會延期前的服務(wù)，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(guī)定好的臺詞。但我想要是能提供更加具有獨創(chuàng)性的對話服務(wù)該有多好”。于是以延期為契機，再加上操作員參與的領(lǐng)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(chuàng)造“雖然是機器人，但能給人帶來溫暖”的服務(wù)。

這其中之一就是HSR的頭部動作。村瀨說：“顯示器上會呈現(xiàn)HSR操作員的面孔，而為了讓操作員和客人之間的視線能夠?qū)ι希覀儑L試根據(jù)客人的臉的高度配合調(diào)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(chuàng)意動作”。在那之后，這個動作被視為基本動作，添加到了相關(guān)手冊當(dāng)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(fā)團隊有意讓HSR做出諸如此類有富有人情味的動作。可以說HSR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(yuǎn)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(yuǎn)程操縱的方式一邊和奧運會相關(guān)負(fù)責(zé)人談笑，一邊拍攝紀(jì)念照片。在從旁邊經(jīng)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(fā)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(jīng)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(yīng)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(rèn)識了。也有越來越多的人和我打招呼”，就這樣，奧運會的相關(guān)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(zhǔn)備開個玩笑。當(dāng)時我操縱HSR來到觀眾席的邊緣，那里有臺風(fēng)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(dá)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(jìn)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(dá)給他人。”

森主幹／技術(shù)責(zé)任者

我認(rèn)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(jì)念照片多達(dá)數(shù)百張。通過實施以人為介的服務(wù)，產(chǎn)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(jìn)行運轉(zhuǎn)：將照相機固定在機械臂上的攝影用HSR、作為紀(jì)念照片中的一員出鏡的被拍攝用HSR。紀(jì)念照片會當(dāng)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(dān)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(wù)，所以在當(dāng)時沒有觀眾的緊張的氣氛中，HSR讓許多大會負(fù)責(zé)人感到了治愈，為他們留下了令人心頭一暖的服務(wù)。

如果使用我們的（結(jié)合了遠(yuǎn)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(wù)。

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(wù)，創(chuàng)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(yuǎn)，但通過HSR，大會負(fù)責(zé)人和操作員的心也能夠相連。

上圖為擔(dān)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(jìn)而成為了受人喜愛的吉祥物

不拘泥于現(xiàn)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(jīng)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(wù)。因為我是殘疾人，所以在決定職業(yè)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(xiàn)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(dāng)天的操作員。她戴著耳機，使用控制桿和鼠標(biāo)遠(yuǎn)程操控HSR

看到了村瀨后，本次的項目負(fù)責(zé)人、來自連接先行開發(fā)部（當(dāng)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(jìn)一步的發(fā)展。

戶田主管/項目負(fù)責(zé)人

在提供服務(wù)方面，是將機器人的遠(yuǎn)程操控和自主功能結(jié)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(rèn)識到：對于那些需要護(hù)理的人、殘障人士，以及其他正在享受護(hù)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(fù)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(chuàng)造新的就業(yè)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(fā)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(lián)網(wǎng)的時候遠(yuǎn)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(fā)工作中，我們要意識到這其中還潛藏著創(chuàng)造就業(yè)的可能性。

如果有像HSR這樣的機器人，就能超越現(xiàn)有“場所”。不僅是生活支援方面，HSR團隊也看到了其創(chuàng)造就業(yè)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―