足步行器。2000年11月29日,国防科技大学的“先行者”-国内第一台仿人机器人问世,高1400mm,重20kg,以每秒两步的频率动态步行,能够在小偏差的不确定环境中行走,并具有一定的语言功能。
图8 国防科技大学“先行者”
Fig.8Pioneer(National University of Defense and Technology)
2.2.2北京理工大学BHR
2000年开始,北京理工大学机电学院智能机器人研究所在长江学者特聘教授黄强所长的带领下开始了仿人机器人的研究。在国家科技部863计划,原国防科工委,国家自然科学基金以及我校的大力支持下,于2002年研制成功了首个仿人机器人BHR,突破了系统集成技术,实现了无外接电缆的行走。BHR-01高1580mm,重76kg,共32个自由度,步速1km/h,步幅0.33m,可在未知地面上稳定行走和打太极拳。
2005年,北京理工大学机电学院智能机器人研究所突破了仿人机器人的稳定行走可靠性技术、复杂动作设计与协调控制等关键技术,研制成功了第二代仿人机器人“汇童BHR-2”[15,16]。“汇童BHR-2”仿人形机器人能够完成人类相似的动作,实现了太极拳、刀术等复杂动作,达到了国内领先、国际先进、并在复杂动作协调控制方面达到了国际领先的水平。“汇童BHR-2”仿人形机器人先后参加了“国家科技创新重大成就展”、“国家十五重大科技成就展”等重要展览。
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图9 北京理工大学“汇童”打太极拳 Fig.9 BHR-2 (Beijing Institute of Technology)
2.2.3上海大学京剧机器人
2009年工博会上,由方明伦教授领衔的上海大学服务机器人研究小组经过两年多的时间研制完成的两个京剧表演机器人,具备了多机器人协同表演的能力,能够根据不同京剧唱段表演相应的京剧动作,其惟妙惟肖的京剧打斗表演博得了观众的阵阵好评。该机器人不仅体现了较高的机器人技术水平,如机器人自主定位导航、多机器人协调、语音识别等技术,更是将中国文化元素和机器人技术进行了有机的集成,实现了技术与艺术的统一,从而达到了课题组用先进技术展示中国文化的设计意图。
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图10 上海大学京剧机器人
Fig.10 OperaRobot(Shanghai University)
3 总结
类人机器人是机器人研究领域最高研究成果的代表。类人机器人的最终研究目标是:研制出具备人类特征(如行走、感官、思维、判断等能力),在相当程度上替代人类并服务于人类,且能够与人类和谐共处的高级智能机器人。但是,目前技术的发展还不能完全实现目标,应该更致力于以下技术的研究[2,18-19]: 3.1控制技术
人形机器人是一个机电复合体,先进的机构离开了控制技术,只能是机器框架。人形机器人的研究中进展最大的是控制技术。为了让机器人做出自然而流畅的动作,有效的控制技术是不可缺少的。先进PID控制技术、模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术、预测控制技术等处于研究热点。 3.2传感器与处理器
人形机器人的外界信息的获取都得依靠各种不同的传感器,识别处理中难度最大的是视觉与听觉。随着人形机器人技术和功能的不断强大,将会有更多的传感器运用到机器人身上。同时人形机器人作为面向复杂应用环境的智能个体,所面临的是一个多模式信息呈现的世界,因此开发研究新型的外部传感器,使其具有更高的性能指标和更宽的应用范围,才能使机器
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人根据环境的变化做出对应的决策。另外,对类人机器人的控制达到实时的要求,就要求有运算速度更高的处理器,且更微型化,以便于嵌入到完全独立与人的类人机器人中。 3.3人工智能
人形机器人的最终用途是和人类协同工作或代替人类独立工作,这需要机器人能像人类那样具有一定的判断能力,因此机器人需要具备高度的人工智能。只有具备了人工智能,机器人才能具备对陌生环境的判断和处置能力,以提高人类协同工作的能力。人工智能实现的方法是先编制相应软件,再由计算机进行计算,机器人接受指令产生相应的操作。这些高度智能化的操作必须有高度发展的智能技术及计算机软件实现技术作为基础。 3.4驱动装置与结构
人形机器人的各种机构是构成机器人的基本框架,也是机器人各项功能实现的载体。人类拥有自然界中最复杂的机构,尺寸精巧,动力强大,各部分之间协调自如。为此,就要造出更小更强的驱动装置与结构,以适应不断发展的类人机器人的研究。 3.5材料与电源
类人机器人有更灵活的自主性,执行更加自主的室外行为,对机器人的材料比如有防水,防尘,防辐射要求。早期的机器人都是拖着长长的电缆,动力供应依靠外部。室外机器人亮相,产生了新一代电池需求,要求续航时间更长,动力更加强劲。
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