日本仿人機器人技術

 

由于難度大、短期實用性不突出,人形機器人的研究在整個世界范圍內并不是很受重視——除了在日本。也許是因為日本引以為豪的機器人愛好者文化,讓其在這一未來將發揮重大作用的領域搶占先機。所以我們也有幸通過其人形機器人近乎炫技的展示,來一窺我們的技術差距究竟在哪。

 

 

世界上第一臺人形機器人Wabot-1誕生于日本,由日本早稻田(Waseda)大學Prof. Kato于1973年研究成型,在當年已經有了一套下肢行走控制、視覺、對話交互系統。

 

 

 

在Prof. Kato退休后,他的兩位學生Prof. Takanishi 和 Prof. Sugano分別擔起了機器人下肢和上肢的研究。Prof. Takanishi做出了WABIAN,并基于此做了一系列復雜的路面條件下的步行實驗,以及模擬人腳對機器人足底結構進行了改進。Prof. Sugano 則從為Wabot-2(1985年)做彈鋼琴的機械手開始,目前在做的新型機器人是用作室內服務設想的Twendy-One。

 

 

如今早稻田大學依然在人形機器人研究領域位列前沿,當我們身邊的大學Robotics Institute(機器人學院)逐漸被提出來的時候,早稻田大學早已成立了Humanoid Robotics Institute(人形機器人學院),可見其科研實力。

從1973年的Wabot-1到如今的WABIAN,我們也可以看出人形機器人的研究是非常困難并需要大量時間的,這也是日本政府為什么產生了制造通用機器人平臺的想法,HRP-2正是其中的代表,就如同DRC中美國的Atlas機器人。

HRP-2是基于東京大學JSK實驗室早期的人形機器人,由kawada公司和AIST(產業技術綜合研究所)合作制造,從2002年一直使用至今,價格在50萬美元的量級。它高度153厘米,重量58公斤,有30個自由度。我們看到過很多HRP-2的實驗,從洗盤子做菜、疊衣服、搬東西、上樓梯到跳舞等等,可以說是一個非常成功和成熟的實驗平臺。成熟平臺的好處就是降低了研究的門檻,減少了重復造輪子的時間及研究經費,對研究的進步和學生的培養都有很大的好處。HRP-2產品出售到世界各地的人形機器人研究所。

HRP-2之后,kawada公司又制造了HRP-3及HRP-4,機器人更加精美,但售價也上升到了100萬美元的量級,因而相比于HRP-2略為少見。

 

 

HRP-3 加入了防水功能,可以在潮濕的化工廠里進行作業。和HRP系列漂亮的硬件設計配套的是凝聚諸多學者長期研究成果的軟件系統。以HRP4為例,其UI的功能包括輸入指定姿態,自動計算出實現該姿勢的動力學平衡的軌跡。

除了WABOT、HRP系列、JAXON等,日本有名的人形機器人還有DRC 2013 Trails的冠軍SCHAFT,老少皆愛的ASIMO等。由于我們主要討論的是雙足人形機器人,所以像石黑浩教授的以表情像人為特點的機器人不在此展開了。

總得來說,日本相比于美國在人形機器人有很多非常優秀的硬件平臺,但在過去的研究中有些重硬件而輕視AI,實驗也多為task-oriented任務導向的,相反我們可以看到美國近期的很多機器人研究將AI作為重要的著力點,感興趣的可以關注Prof. Saxena、Prof. Song-Chun Zhu等近期的成果。這里面也有一個原因是那一代日本頂尖的機器人學教授都出身于機械工程專業。不過近期,日本的研究者們也關注到這一問題,通過交流,感到他們都將AI作為下一個重要的著力點。我們也期待著他們更加優秀和智能的人形機器人的誕生。



 

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