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文檔簡(jiǎn)介

簡(jiǎn)介想象一下未來的生活,機(jī)器人在你家里幫你煮飯,幫你做家務(wù),幫你打掃房間或者在你工作的時(shí)候遞上一杯熱熱的咖啡?機(jī)器人已經(jīng)能夠代替人類做很多人類不想做的事情,甚至不能做的事情。在世界各地的很多現(xiàn)代化工廠中,機(jī)器人已經(jīng)很早就代替工人組裝汽車,尤其是那些重復(fù)性很高的工作?,F(xiàn)在的商場(chǎng)里,也早已開始出售各種類型的清潔機(jī)器人,能夠自動(dòng)幫助你清潔家里的地面,雖然目前功能上單一了一點(diǎn),但是畢竟也幫你做了不少工作。日本的本田公司(Honda)在1986年就開始類人機(jī)器人的研究工作,到了2006年為止已經(jīng)整整20年了。在這20年中,他們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域取得了舉世矚目的成績(jī),ASIMO的研制成功讓Honda公司成為目前這個(gè)領(lǐng)域最領(lǐng)先的公司。在這篇文章中,我們將詳細(xì)了解一下ASIMO是如何工作的,基本的原理是什么。

ASIMO的名稱由來ASIMO,代表AdvancedStepinInnovativeMobility。是日本本田公司開發(fā)的目前世界上最先進(jìn)的步行機(jī)器人。也是目前世界上唯一能夠爬樓梯,慢速奔跑的雙足機(jī)器人。雖然其它公司也有類似的雙足機(jī)器人,但是沒有任何一家的產(chǎn)品能在步態(tài)仿真度上面能達(dá)到ASIMO的水準(zhǔn)。除了ASIMO杰出的步行能力以外,ASIMO的智能也同樣出色。語(yǔ)音識(shí)別功能以及人臉識(shí)別功能能夠使用語(yǔ)音控制ASIMO以及使用手勢(shì)來進(jìn)行交流。不僅如此,ASIMO的手臂還能夠開電燈,開門,拿東西,拖盤子,甚至還能推車。圖1:ASIMO

Honda眼中的ASIMOHonda希望開發(fā)出的機(jī)器人是能夠幫助人類,尤其是老年人的人類助手,而不是一個(gè)高科技玩具。因此ASIMO被設(shè)計(jì)成1.2米的高度,正好能夠和輪椅上的人平視。這讓ASIMO看上去非常有親和力,因?yàn)榇蟪叽绲臋C(jī)器人會(huì)讓人有威脅感,小孩子也不會(huì)喜歡一個(gè)太高大的家伙。同時(shí),這個(gè)高度也正好讓ASIMO能夠拿取桌子上的物體,如圖2所示。這個(gè)設(shè)計(jì)因素在ASIMO被創(chuàng)建之初就已經(jīng)考慮到了,可見Honda工程師們的用心良苦。圖2:1.2米的高度正好讓ASIMO能夠拿取屋內(nèi)多數(shù)的物品ASIMO的結(jié)構(gòu):類似人類的身體結(jié)構(gòu)Honda的工程師們?cè)陧?xiàng)目初始階段花費(fèi)了大量的時(shí)間研究了昆蟲,哺乳動(dòng)物的腿部移動(dòng),甚至登山運(yùn)動(dòng)員在爬山時(shí)的腿部運(yùn)動(dòng)方式。這些研究幫助工程師們更好的了解我們?cè)谛凶哌^程中發(fā)生的一切,特別是關(guān)節(jié)處的運(yùn)動(dòng)。比如,我們?cè)谛凶叩臅r(shí)候會(huì)移動(dòng)我們的重心,并且前后擺動(dòng)雙手來平衡我們的身體。這些構(gòu)成了ASIMO行走的基礎(chǔ)方式。在行走過程中,我們的腳趾也扮演了非常重要的角色,在平衡我們身體上起了很大的作用。在ASIMO的腳上也有類似的機(jī)理,而且還使用了吸震材料來吸收行走過程中產(chǎn)生的對(duì)關(guān)節(jié)的沖擊力,就像人類的軟組織一樣。需圖3滔:A香SI盈MO銅正面捉照每A棄SI班MO濃和人泰類一撤樣,墾有髖鏟關(guān)節(jié)狐,膝癢關(guān)節(jié)啦和足遭關(guān)節(jié)列。機(jī)版器人睬中的內(nèi)關(guān)節(jié)諷一般井用“嚼自由民度”慢來表嫂示?;乙粋€(gè)歲自由椒度表節(jié)示一鴨個(gè)運(yùn)屑動(dòng)可炊以或漿者向?qū)⑸希壔蛘咔废蛳绿?,或弊者向劍右,代或者渠向左酸。A媽SI似MO世擁有攻26懇個(gè)自衰由度叛,分摘散在襯身體訪的不碌同部貪位。嗓其中勾脖子策有2壺個(gè)自劉由度硬,每浪條手辛臂有炭6個(gè)嶼自由梨度,棋每條鉆腿也爐有6刺個(gè)自括由度風(fēng)。腿輩上自正由度譽(yù)的數(shù)熱量是滔根據(jù)勿人類鍛行走度,上廳下樓賺梯所鎖需要擊的關(guān)姨節(jié)數(shù)悼研究肢出來州的。時(shí)面圖4惜:A幟SI香MO綠關(guān)節(jié)可圖錯(cuò)AS巡IM厲O身伸上兩惰個(gè)縫傳感脂器讓保證抗了A桐SI貍MO影能夠東正常覆行走忘,它哈們是禮速度連傳感襲器和晚陀螺作傳感葛器。堵它們滔主要段用來杰讓A似SI廢MO攪知道敘他身獲體目離前前狼進(jìn)的虛速度唱以及烘和地獄面所霞成的被角度渠,并科依次桐計(jì)算無出平防衡身坑體所壯需要證調(diào)節(jié)怒量??线@兩捎個(gè)傳括感器悟起的待作用轟和我零們?nèi)舜筋悆?nèi)鼓耳相株同。呀要進(jìn)須行平涉衡的圾調(diào)節(jié)萌,A縣SI植MO摸還必壓須要稈有相說應(yīng)的餓關(guān)節(jié)為傳感陡器和煌6軸纖的力為傳感機(jī)器,物來感洽知肢峽體角剪度和裙受力集情況音。

影AS魚IM醉O的喊動(dòng)作漂:類占似人樓類的笨步行舟方式伍除非病你很日了解倉(cāng)機(jī)器黑人學(xué)襲,否展則你吊很難流想象介要讓娃AS頌IM豐O象儲(chǔ)人類曾這樣朗行走點(diǎn)是多蟲么的姻困難獎(jiǎng),而由AS辯IM醋O又除是如麻何令餓人難棉以置攜信的丘達(dá)到飽這個(gè)鼻程度鋸的。純AS豪IM救O的鬧行走逃中最孕重要內(nèi)的部碼分就累是它身的調(diào)戒節(jié)能晶力??薃S轉(zhuǎn)IM反O除適了能拴像人標(biāo)類一有樣正并常的再步行浩之外目,它搬還能氣對(duì)行覺走過伙程中富遇到斤的情舍況進(jìn)波行自樓我調(diào)窩節(jié)。椒比如默在有擊一定紛斜度飲的平扛面上蚊行走取,甚掏至有企可能仰在行渡走過鞭程中瓜被人塑推了啞一下童,A豆SI俗MO私都能堤快速被對(duì)這灶些情嚼況進(jìn)川行及難時(shí)地途處理敏,并圖進(jìn)行尤相應(yīng)蜂的姿限態(tài)調(diào)爪節(jié)廈,以抵確保園能夠庭正常拐的行捧走。鑒為了希實(shí)現(xiàn)懼這些籍,A煤SI偷MO劣的工超程師危們需察要考郊慮A押SI鉛MO猜在行翅走中爽產(chǎn)生杯的慣推性力塊。座當(dāng)機(jī)畢器人好行走冬時(shí),穴它將敞受到吧由地啦球引鬼力,捐以及河加速妙或減占速行匠進(jìn)所倡引起擺的慣蟲性力墻的影辰響。旺這些帳力的網(wǎng)總和宵被稱向之為士總慣葡性力游。當(dāng)落機(jī)器先人的嫂腳接請(qǐng)觸地瞇面時(shí)荒,它陣將受育到來推自地彩面反治作用宵力的豆影響別,這融個(gè)力社稱之始為地構(gòu)面反熊作用沖力。喬所有脅這些鋸力都型必須帖要被仁平衡奪掉,詳而A見SI脾MO算的控獄制目搭標(biāo)就歷是要盾找到理一個(gè)景姿勢(shì)工能夠渠平衡吵掉所針有的完力。川這稱族做"檔ze刪ro畝m看om陷en守t炭po白in急t扁"概(Z間MP渣)。粉當(dāng)機(jī)襪器人某保持雪最佳巷平衡萌狀態(tài)萄的情厚況下壤行走瘦時(shí),急軸向獸目標(biāo)料總慣峽性力摘與實(shí)駕際地棟面反偏作用豐力相屑等笛。相只應(yīng)地歷,目卸標(biāo)Z溉MP鑒與地臉面反獎(jiǎng)作用昏力的勝中心襲點(diǎn)也宮重合圍。當(dāng)拌機(jī)器閑人行蔑走在負(fù)不平眼坦的器地面紛時(shí),域軸向故目標(biāo)祥總慣改性力塔與實(shí)招際的扁地面榜反作于用力嘩將會(huì)開錯(cuò)位園,因河而會(huì)炸失去伐平衡膊,產(chǎn)晉生造射成跌法倒的孤力。士跌侄倒力歌的大請(qǐng)小與豆目標(biāo)應(yīng)ZM甘P和論地面卷反作聚用力嘉中心蝦點(diǎn)的摩錯(cuò)位限程度媽相對(duì)跨應(yīng)。亡簡(jiǎn)而氧言之出,目時(shí)標(biāo)Z訴MP猜和地愈面反勁作用朵力中精心點(diǎn)舒的錯(cuò)環(huán)位是跡造成掏失去羨平衡兄的主羊要原察因。旋假若鍵Ho取nd描a機(jī)摧器人蛾失去捕平衡遍有可粉能跌腰倒時(shí)雁,下設(shè)述三產(chǎn)個(gè)控芳制系謝統(tǒng)將絹起作秘用,泥以防啄止跌栗倒,知并保蓋持繼禿續(xù)行郵走狀奔態(tài)。吊濱地面誼反作尤用力將控制疤:腳艘底要粱能夠陶適應(yīng)僅地面總的不挖平整歐,同代時(shí)還君要能吊穩(wěn)定扛的站近住。刊文目標(biāo)淘ZM嶄P控恢制:印當(dāng)由芬于種蘿種原愛因造男成A形SI氣MO盒無法言站立葉,并棄開始縣傾倒鉛的時(shí)午候,洲需要匯控制供他的北上肢其反方焰向運(yùn)味動(dòng)來暑控制尚即將瞧產(chǎn)生固的摔鏈跤,李同時(shí)嶺還要球加快筋步速凡來平揚(yáng)衡身架體。技耳落腳社點(diǎn)控餡制:柔當(dāng)目支標(biāo)Z拉MP暴控制恰被激疑活的謝時(shí)候紡,A哨SI酬MO存需要鍛調(diào)節(jié)光每步拴的間高距來術(shù)滿足揀當(dāng)時(shí)吵身體多的位要置,蹈速度灶和步末長(zhǎng)之椅間的城關(guān)系革。

案圖5嗽:A專SI檔MO吉的步傅態(tài)控戚制犬AS群IM循O的秀動(dòng)作抱:穩(wěn)顛步的宿行走塞AS界IM塘O能浪夠感干應(yīng)到緊即將辣摔倒補(bǔ)的情亦況,夕并能溜夠很域快對(duì)假此做罪出反背應(yīng);互但是爛AS郵IM謊O的故工程明師想退要更狡多的藝功能天。他計(jì)們不畝但想觸讓A所SI傭MO坊能夠該行走勾的更蔬順暢鬼,還屋想讓氏AS血IM利O能領(lǐng)夠在手不停柏止的罰情況墻下轉(zhuǎn)托身。滾目前盲絕大歉多數(shù)蘇其它叢類人堪機(jī)器咳人無賭法做捏到這糊一點(diǎn)泄。構(gòu)圖6銀:A待SI你MO采的腿疫部特女寫六當(dāng)我鉗們走腰到彎遍角處桌需要移轉(zhuǎn)身栽的時(shí)緩候,鬧我們橡將我副們身鈴體的元重心曉移到燒轉(zhuǎn)身緒的位宏置。購(gòu)AS膜IM怨O使沒用了凝一種彼叫做翁“該動(dòng)作文預(yù)測(cè)樓控制嗎”,殖也叫冶做“廟iW寒a(chǎn)l開k”蹦技術(shù)途來實(shí)肯現(xiàn)。那AS盯IM租O需賠要預(yù)喘測(cè)轉(zhuǎn)往身所坑需要臣的重?fù)?dān)心的支移動(dòng)鞠的位侍置以辣及持或續(xù)時(shí)羞間。止由于合這個(gè)釣技術(shù)憶是實(shí)理時(shí)(蝶Re叼al史T運(yùn)im瘡e)委技術(shù)蒼,因健此A電SI衛(wèi)MO槳能夠乞不需薪要停桐止就饑能夠歉轉(zhuǎn)身放,實(shí)冊(cè)現(xiàn)邊置走邊礦轉(zhuǎn)身悔。帖圖7癥:重?fù)裥囊破鎰?dòng)原書理土本質(zhì)們上,他AS榆IM撫O每貌走一脫步,晃他就殺需要卻計(jì)算算一次裁他的族重心恥位置藥以及嗎慣量莫,并漏預(yù)測(cè)鑼在下拾一步師移動(dòng)怖后的潮位置支,同輛時(shí)計(jì)駝算出蔬所需足要的暗重心沉移動(dòng)仙距離呈。他懼主要黃通過圓調(diào)節(jié)膏以下膽4個(gè)棕因素晝:割步長(zhǎng)應(yīng):每婚步行伏走的媽長(zhǎng)度千廳位姿殿:身?xiàng)濗w的腿位置非犧速度咽:整訪體移污動(dòng)的敲速度瓜責(zé)行走衡方向醋:太下一貴步移固動(dòng)的紀(jì)方向慌圖8殼:A井SI瘡MO島的控扣制流概程

產(chǎn)AS銜IM吳O的而動(dòng)作泥:上蛾下樓瘦梯誕上下職樓梯老的動(dòng)魔作如陽(yáng)果只鎖是靠乒事先醋的程誓序輸粱入的培話絕紹對(duì)不協(xié)可能縣實(shí)現(xiàn)暫。即釀使是畫輸入夏了階反梯的兩高度專及前湊后的畫距離夢(mèng),如匆果多絡(luò)達(dá)2儉9層扣的話盲,也撈會(huì)因饑誤差盼累積尼而無叢法正口常走念下來拿。為民此,廁Ho仆nd恢a在甚AS狀I(lǐng)M漢O的繳每只湖腳上斑,都聯(lián)裝了高一個(gè)它6漆軸力菠傳感鑼器,邪用來毒監(jiān)測(cè)降每一石步的慚穩(wěn)定記程度室。再絮結(jié)合梅陀螺券儀和字加速山度傳誼感器余,A意SI馬MO陜使用藝了獨(dú)畝特的灶數(shù)學(xué)穩(wěn)算法佩來讓威他上伍下樓性梯,拾并能巡夠上汁下斜頃坡而牌如履蛛平地蛋。H必on塵da質(zhì)的工贏程通廳過使稍其腳酒內(nèi)側(cè)服不緊脆貼地毅面、聚腳趾墻比臺(tái)奏階邊跡緣向姐前探升出少碌許這圾樣的荒站立辟方式梅來探喂測(cè)出云臺(tái)階亭的邊限緣。茫在這辭一狀券態(tài)下保,如爺果通答過腳氧底的紡壓力艙傳感叛器進(jìn)外行壓妨力分綠布測(cè)光量的蜂話,裹可以醒預(yù)先另測(cè)出蔬邊緣觸的位像置。造下樓診梯時(shí)強(qiáng)的瞇著地條點(diǎn)也華可以限同樣奴進(jìn)行受預(yù)測(cè)餓。雖堅(jiān)然操推作人寄員向爺AS著IM桐O輸岸入了移樓梯榨大致鎖的高跌度,兇但是箏最終卵則是淹通過貞A沙SI置MO叉足底且的傳奏感器近來確好認(rèn)樓次梯位躬置的捐。不鞠只是蓄下樓愁梯,湊AS定IM民O還劇能夠事在斜使坡上欠轉(zhuǎn)彎福。這參時(shí)由隆于A橫SI勾MO音的每抄一步斥都要扔變換楊姿勢(shì)督,并尊改變泰與Z伏MP新的關(guān)裙系,扭較下憶樓梯器難度秧更大癢。下悟樓梯曉與在揮斜坡活轉(zhuǎn)彎憐使用兩了相厭同的源算法碎,因這此不培需要寧改變紗模式尾。啄圖6刮:A套SI泡MO歷在走碼樓梯斑AS沉IM盜O的觀技術(shù)言參數(shù)蝕:

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蕩踝關(guān)秩節(jié)(夢(mèng)F/隙B,身L/評(píng)R)羞3修D(zhuǎn)O渣F

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永筆者酷后記沒:榨新的縮AS怖IM唇O已扁經(jīng)在憲行走豈能力斬上又來有了指新的挽突破怒,2絨00趁4年遭1襲2月項(xiàng)發(fā)布賣的新孟型A杯SI李MO側(cè)已經(jīng)歐能夠蓬達(dá)到惹每小釀時(shí)6姑KM黃的奔某跑速嬸度以森及迂頁(yè)回行五走。堵同時(shí)允其關(guān)仙節(jié)自受由度脖也達(dá)橫到了每34喚個(gè)。廣新開攜發(fā)的層技術(shù)浪根據(jù)盈其官乓方網(wǎng)督站的愿描述矮為:江主要侄新技籌術(shù):

惱1)饑能夠疫實(shí)現(xiàn)槍像人柔類一覽樣自吉然奔災(zāi)跑的危新姿推勢(shì)控泛制技鐵術(shù)

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駱1、祝奔跑牛速度嫌3k密m/拖h衰(跳解躍時(shí)大間疤0.殊05賀秒)普2、泥普通要步行游速度辣2.氣5k男m/銳h對(duì)(原獻(xiàn)來為童1.羅6k割m/螺h績(jī))抄3、漂身高蠢13枝0c德m聲(原助來為矛12講0c瘡m尸)辣4、扎體重糕54改kg腥(原莊來為階52耳kg煎)撲5、揪活動(dòng)年時(shí)間壯1小胡時(shí)(毯原來穿為3搜0分矩鐘)嬌6、紗關(guān)節(jié)窯自由練度絞34喂度(俯原來繡為2正6度核)

腰部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié):奔跑或步行時(shí),通過手腕部位的擺動(dòng),以及腰部積極地旋轉(zhuǎn),消除腳部擺動(dòng)所產(chǎn)生的反作用力,從而提高步行速度。

手腕彎曲關(guān)節(jié):在手腕部位再增加2個(gè)軸,使手腕能夠柔軟、靈活地活動(dòng)

拇指關(guān)節(jié):原來使用1個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)5個(gè)手指,為了使拇指能夠獨(dú)立活動(dòng),再增加1個(gè)馬達(dá),使得ASIMO能夠拿各種各樣的東西。

頭部關(guān)節(jié):在頭部關(guān)節(jié)部位再增加1個(gè)軸,以增加頭部的表達(dá)能力。

墓※規(guī)關(guān)于徑新姿夾勢(shì)控診制技寬術(shù)

俗在實(shí)滋現(xiàn)機(jī)越器人晃的奔叼跑方醒面,運(yùn)面臨碑著2置大課軋題。鐮一個(gè)馬是正驚確地饞吸收黎飛躍庫(kù)和著勵(lì)陸時(shí)掛的沖聯(lián)擊,掩另一草個(gè)是提防止秧高速無帶來紹的旋勺轉(zhuǎn)和登打滑摘。

深1、曲正確絨地吸竿收飛涌躍和矛著陸外時(shí)的豎沖擊六

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