人形机器人(课堂PPT)

5
发展历程
• 类人型机器人的研究，最早可追溯至 西元1893年，Georges Moore创作了 第一个利用蒸气驱动类人型步行机器 [Rosheim, 1994]，然详细构造与运 动原理我们并无法得知。其后在第一 次大战期间，Thring发明了具有腿之 农耕机[Thring, 1983]。至1970年之 间，许多研究人员进行辅助人类行走 的步行机器之研究，如Bernstein于 1948年于莫斯科义肢设计研究中心， 发展具电子装置的腿外骨骼 （Exosceleton）[Karsten, 2003]。
11
• 图1.3 日本产业技术综合研究所（AIST）HRP系列[3] 在西元2000年，SONY公司也发表了高50公分，重5公斤的小型机器人， SDR-3X[Kuroki, Ishida, and Yamaguchi, 2001]（图1-3），每一只脚具有 六个自由度，不但会跳舞，还可单腿站立；而在2002年，SONY更发表了 最新一代的SDR-4X[Fujita, Kuroki, Ishida, and Doi, 2003]（图1-4），它 的高度58公分、重6.5公斤，每一只脚同样具有六个自由度，除了具有前 一代SDR-3X的功能外，还可以在10mm的凹凸地面行走，上10度的斜坡， 甚至被推倒了还能自己站起来，可说是向家用机器人的目标，又迈进了一 大步。
第三章节：人形机Biblioteka 人— 陈黄祥（研究方向：机器人研究、创新能力研究）
1
作业回顾与点评
自主作业： 美赞臣售货机器人设计方案 讨论内容： 1、造型 2、功能
2
怎么样的机器人是人 形机器人？
3
类人型机器人之发展现况
• 类人型机器人是一门由仿生 学、机构设计、控制理论和 人工智慧等多项科技形成的 跨领域科技，与轮型和多足 机器人相比，类人型机器人 拥有较大的优势去适应更复 杂的地形，并且有更加灵活 的运动能力和速度变化能力。
8
• 再者，由1986年开始，日本的Honda公司[Honda, 2003]，也作了一 系列有关类人型机器的研究，从第一代的E0、E1、E2、E3、E4、 E5、E6、P1 、P2、P3，到2003 年来台湾展览的ASIMO（图1-2）， 不但将机器人的高度缩小至120公分，重量也减轻至52公斤；与高 160公分、重130公斤的P3相比，不但增加了安全性，也较有亲和力。 ASIMO为本田公司投入巨资经过10多年的开发，研制出了在世界上 居领先地位的类人型机器人成果。 ASIMO的全名为Advanced Step in Innovative MObility，采用具有及时预测动作控制系统的i-Walk技术， 让ASIMO在行走时能更加顺畅，同时在电脑工作站中启动行进步伐的 预先设定，并使用携带式的控制器来进行弹性的步伐及手部的动作操 作。此外，ASIMO透过它的身体的重力感应器和脚底的触觉感测器把 地面的状况送回电脑，电脑则根据路面情况作出判断，进而平衡身体， 稳定地前后左右行走。它不仅能于平坦路面行走，还可以上/下楼梯和 行走于倾斜的路面，由于脚底安装有压力感测器，脚底不平也能保持 身体的直立姿态，与1997年同公司所研发的P3相比，它具有体型小、 质量轻、动作紧凑轻柔的特点。 ASIMO身高120cm，体重43公斤， 适合于家庭操作和自然行走。
9
• 图1.2 日本本田公司ASIMO之演进[2]
10
• 类人型机器人HRP（Humanoid Robotics Program）系列 是AIST与川田工业（Kawada）、川崎重工业（Kawasaki） 共同合作的研究成果，经费是由新能源暨产业技术总合开 发机构（NEDO）基础技术研究事业之「在实际环境中作 业的人型机器人基础技术研究开发」计画所支助。 HRP-2类人型机器人平台（图1.3）于2002年3月公开，其 直立高度约有5英呎2英寸，重量接近128磅，有30个自由 度。 HRP-2是一台人机互动之人形机器人，它可以和一 个人合抬一块大木板，透过感应另一端由人施加的力和方 向来掌握平衡；假如跌倒亦能毫发无伤地再站起来，具有 完成日常任务之基本能力。 2009年日本产业技术综合研究所（AIST）展示一款会说 话，可行走而又具有丰富表情的新型“女性”机器人HRP-4C，其全身共有30个马达来控制肢体移动也可以做 出喜、怒、哀、乐和惊讶的表情。
12
图1.4 SONY机器人[4]
6
图1.1 早稻田大学的人型机器人研究室[1]
7
图解
• 此外，Vukobratovic于1975年，在南斯拉夫的贝尔格勒， 发展辅助行走步行机器[Song and Waldron, 1989]（图14）。日本可说是世界上最热衷于类人型机器、且一直持 续不断研究的国家。从1966年至今，早稻田大学的人型机 器人研究室[Koganezawa, Takanishi, and Sugano, 1991]， 从早期有着最基本之双足移动功能的WL-1（图1-1a）开 始；到了WL -3（图1-1b），已经可以站立和坐下；WAP3（图1-5c），可上下楼梯和斜坡，更可以转弯，而且是 世界上第一个三维二足步行机器；WABOT I （图1-1d）， 可量测距离和方向，是世界上第一个照人类尺寸设计的机 器人；WL-9DR（图1-1e），将脚底接触地板的点，由三 个增加到四个，所以可利用数值解得到较特殊的步行方式； 而近年来WL-12（图1-1h），不但增加了上半身，且具两 个自由度的腰部，可以走得更像人类。
4
一国内发展情况
• 过去国内有关机器人的研究大都集中于自动导航 车、履带式服务机器人、智慧型轮椅、先进家用 服务机器人、机械手臂、居家看护机器人、个人 型助理机器人系统、小中型足球机器人等系统之 主要核心与系统整合技术之研发与软硬体装备建 置，较少有双足平台之类人型机器人相关研究， 国内所开发之类人型机器人都以RC伺服机（马达） 为其驱动单元，但是此类型之机器人一般仅于娱 乐之用，无法承受太大之负载，成为人们服务之 助力，所以发展大型类人型机器人有其必要。