仿人形机器人[通用技术课程网]

首页

教学设计

试题设计

教案中心

题库中心

课件中心

教学教研

实验课堂

技术作品

技术天地

课程资讯

位置：通用技术课程网 >> 技术天地 >> 未来技术 >> 正文

本站推出《技术与设计2》教学设计汇总专题 [2008-07-06 09:00:16] 本站推出《技术与设计1》教学设计汇总专题 [2008-07-06 08:56:53]

仿人形机器人

热

仿人形机器人

［作者：weng1984 来源：通用技术课程网点击数：更新时间：2007-8-6 文章录入：weng1984 ］

【字体：

】

2000年11月29日，中央电视台《新闻联播》报道：我国首台类人型机器人研制成功。11月30日，全国各大报都在显著位置发表了这一消息。许多人也许会问：何为仿人型机器人？仿人型机器人的问世标志了什么？世界及中国仿人型机器人发展到什么水平？
　　
　　从目前机器人的发展可以看出，大多数的机器人并不像人，有的甚至没有一点人的模样，这一点使很多机器人爱好者大失所望，很多人问为什么科学家不研制像人一样的机器人呢？其实，科学家和爱好者的心情是一样的，一直致力于研制出有人类外观特征、可模拟人类行走与其基本操作功能的机器人。
　　
　　由于仿人型机器人集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志，因此，世界发达国家都不惜投入巨资进行开发研究。日、美、英等国在研制仿人形机器人方面都做了大量的工作，并已取得突破性的进展。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形机器人P3，美国麻省理工学院研制出了仿人形机器人科戈（COG），德国和澳洲共同研制出了装有52个汽缸，身高2米、体重150公斤的大型机器人。本田公司最新开发的新型机器人“阿西莫”，身高120厘米，体重43公斤，它的走路方式更加接近人。我国也在这方面作了很多工作，国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出了双足步行机器人，北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学研制出了多指灵巧手等。
　　
　　日本的仿人形机器人
　　
　　本田公司是日本主要生产跑车和轿车的公司之一。本田公司投入巨资，经过10多年的开发，终于研制出了在世界上居领先地位的双足步行机器人──P3。P3通过它的身体的重力感应器和脚底的触觉传感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。它不仅能走平路，还可以走台阶和倾斜的路。它站立稳定，推不倒，脚底不平也能保持身体的直立姿态。
　　
　　1997年中国国务院总理李鹏前往日本本田公司总部参观时，机器人P3接待了李鹏总理。当李鹏总理一行抵达表演大厅时，一个身着宇宙服像宇航员一样的机器人从投影电视的屏幕后面走了出来，其走路的样子酷似顽童学步，步子虽然不快，但坚实有力。它走到大厅当中面对李鹏总理站好，伸出右手作欢迎状。并用汉语自我介绍：“我是机器人P3，热烈欢迎李鹏总理和夫人光临，请允许我与您握手”。机器人握住李鹏总理的手，连续摇动三次，然后摆好姿势供久候在那里的记者拍照。
　　
　　
　　本田公司机器人P3
　　
　　接着P3请出本田公司社长川本正彦等人。他们通过投影电视屏幕，向中国客人介绍了本田研制机器人的发展历史和技术特点。川本社长的声音刚落，P3又说：“我有些紧张，请允许我暂时休息一下，接下来请我的二哥继续表演”。说罢转身，沿原路退回。
　　
　　　　据介绍，本田公司按研制时间先后，把双足步行机器人分别命名为P1、P2、P3等。P3的高度为160cm，体重130公斤。被称为二哥的机器人P2身高1.80米，体重120公斤，长的笨头笨脑，但行动起来与灵活的“小三”相比毫不逊色。P2表演了上台阶这一高难动作，它走的极为平稳，一步一个台阶，令人赞叹不已。随后P2又表演了用扳手拧螺丝。P2机器人退场后，P3机器人出场与贵宾挥手告别：“表演到此结束，再次感谢李鹏总理的光临！”
　　
　　
　　本田公司机器人P2
　　
　　　　本田公司最近又推出一种新型智能机器人“阿西莫”（ASIMO）。与1977年诞生的P3相比，它具有体型小、质量轻、动作紧凑轻柔的特点。阿西莫身高120cm，体重43公斤，更适合于家庭操作和自然行走。本田公司总裁吉野浩行在产品发布会上说：“将来我们还会使机器人具有更好的视觉、听觉等识别能力，提高它们的自主性。”他还说：“如果通过卫星网络来控制，它就是另外一个‘你’，可以使用者的身份做许多事情。”
　　
　　“科戈”机器人
　　
　　出生于澳大利亚的罗德尼·布鲁克斯，40多岁，美国麻省理工学院人工智能实验室的教授。他喜欢离经判道，从不相信传统的成规。从80年代起，他就反对机器人必须先会思考，才能做事的信条。为了证实自己的观点，他研制出了一系列异型机器人。这些机器人没有思考能力，但却无所不能，比如能偷桌上的苏打罐，能穿越四周发烫的地面等。他的成功使他成为机器人界最有争议的人物。
　　
　　
　　机器人“科戈”
　　
　　布鲁克斯从小就喜欢制作各种标新立异的小装置。进入福莱德大学后，他为该校唯一的一台IBM大型计算机重新编制了整个操作系统的程序。别的用户怎么也想不到，计算机怎么会突然变的具有令人不可思议的奇效。在获得该校硕士学位后，布鲁克斯又凭自己的实力考入了美国斯坦福大学。八十年代初期，布鲁克斯在麻省理工学院任初级研究员。那时人工智能研究的传统做法是先设计出各种“脑图”，以帮助机器人了解周围环境，使机器人先学会识别障碍物，再绕过障碍物。但这样做机器人往往要花很长时间去判断自己看到的东西，而且它们大多数均无法穿过陌生的空间。而布鲁克斯认为，真正的智能不能这样运作。
　　
　　布鲁克斯认为，智能并不像假想的那样来自抽象思维，而是通过与外界接触学习之后作出的反应。只要机器人与其周围的环境进行复杂的相互作用，智能最终一定会出现。
　　
　　最初他的计划是先从昆虫机器人做起，逐步向模仿高级动物发展，最后才是人形机器人。布鲁克斯想，只有人形机器人才能说明他的理论也适合于高级智能，于是他决定要制造出自己的人工智能型高级机器人，即现在的科戈机器人。
　　
　　目前“科戈”的研制工作正在进行。“科戈”本身是非常复杂的，要它能通过与外界的联系获取知识，就必须尽可能地模仿人类，例如它的臂必须像人类那样具有柔顺性。
　　
　　怎样才能把“科戈”变成一个真正的人形机器人，目前实现的目标尚不太明确。布鲁克斯和他的同事们正在借鉴幼儿的发育过程，使“科戈”由简到难，逐步学会各种本领，直到听说能力。
　　
　　“科戈”机器人的大脑是由16个摩托罗拉68332芯片构成的，“科戈”的大脑放在与之相邻的室内，通过电缆与之相连。“科戈”最多可用250个摩托罗拉芯片。布鲁克斯准备用数字信号处理器取代部分这种芯片，用以完成特殊任务。“科戈”的大脑与人类的大脑一样，能同时处理多项任务。尽管计算机的能力给人们留下了深刻的印象，但是如果“科戈”能达到两岁儿童的智力，就算是成功了。现在“科戈”正在像婴儿一样利用自己的大脑学习“看”。“科戈”的每只眼睛由一台广角照相机和一台窄视野照相机组成。每一台照相机均可以俯仰和旋转。“科戈”首先通过广角照相机观察周围事物，然后再利用窄视野照相机近距离仔细观察事物。“科戈”的头可以像人的头一样前后左右转动。
　　
　　布鲁克斯说：“我们试图找到一种方法，让‘科戈’自己了解这个世界。”
　　
　　“科戈”先学会看以后，开始学习听。这些功能要一个一个的教。为此，在“科戈”的头上装上了麦克风和处理器。声音可以帮助“科戈”确定去看什么地方，机器人还可以对声音进行辨别。“科戈”已经有了头和身子，但还没有皮肤、臂和手指。现在正在为“科戈”制造第一条手臂，这只臂以全新的方式工作，每个关节都有一个弹簧，从而使“科戈”获得了柔顺性。
　　
　　
　　我国的仿人形机器人研究
　　
　　我国在仿人形机器人方面做了大量研究，并取得了很多成果。比如长沙国防科技大学研制成了双足步行机器人，北京航空航天大学研制成了多指灵巧手，哈尔滨工业大学、北京科技大学也在这方面做了大量深入的工作。
　　
　　
　　
　　多指灵巧手
　　
　　双足步行机器人研究是一个很诱人的研究课题，而且难度很大。在日本开展双足步行机器人研究已有30多年的历史，研制出了许多可以静态、动态稳定行走的双足步行机器人，上面提到的P2、P3是其中的佼佼者。
　　
　　在国家863计划、国家自然科学基金和湖南省的支持下，长沙国防科技大学于1988年2月研制成功了六关节平面运动型双足步行机器人，随后于1990年又先后研制成功了十关节、十二关节的空间运动型机器人系统，并实现了平地前进、后退，左右侧行，左右转弯，上下台阶，上下斜坡和跨越障碍等人类所具备的基本行走功能。近期在十二关节的空间运动机构上，实现了每秒钟两步的前进及左右动态行走功能。
　　
　　
　　“先行者”类人型机器人
　　
　　经过十年攻关，国防科技大学研制成功我国第一台仿人型机器人——“先行者”，实现了机器人技术的重大突破。“先行者”有人一样的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足，有一定的语言功能，可以动态步行。
　　
　　人类与动物相比，除了拥有理性的思维能力、准确的语言表达能力外，拥有一双灵巧的手也是人类的骄傲。正因如此，让机器人也拥有一双灵巧的手成了许多科研人员的目标。
　　
　　在张启先院士的主持下，北京航空航天大学机器人研究所于80年代末开始灵巧手的研究与开发，最初研究出来的BH－1型灵巧手功能相对简单，但填补了当时国内空白。在随后的几年中又不断改进，现在的灵巧手已能灵巧地抓持和操作不同材质、不同形状的物体。它配在机器人手臂上充当灵巧末端执行器可扩大机器人的作业范围，完成复杂的装配、搬运等操作。比如它可以用来抓取鸡蛋，既不会使鸡蛋掉下，也不会捏碎鸡蛋。灵巧手在航空航天、医疗护理等方面有应用前景。
　　
　　
　　
　　双足步行机器人在爬楼梯
　　
　　灵巧手有三个手指，每个手指有3个关节，3个手指共9个自由度，微电机放在灵巧手的内部，各关节装有关节角度传感器，指端配有三维力传感器，采用两级分布式计算机实时控制系统。
　　
　　仿人型机器人是多门基础学科、多项高技术的集成，代表了机器人的尖端技术。因此，仿人形机器人是当代科技的研究热点之一。仿人型机器人不仅是一个国家高科技综合水平的重要标志，也在人类生产、生活中有着广泛的用途。目前，我国仿人形机器人研究与世界先进水平相比还有差距。我国科技工作者正在努力向前，我们热切地期盼着我们自己水平更高的、功能更强的仿人型机器人与大家见面。
　　
　　
　　文章来源：中国科普博览网

上一篇文章：活灵活现的机器人动物园

下一篇文章： “机器人医生”在行动