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时间:2018-10-29
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1、Honda的ASIMO是如何行走的?简介想象一下未来的生活,机器人在你家里帮你煮饭,帮你做家务,帮你打扫房间或者在你工作的时候递上一杯热热的咖啡?机器人已经能够代替人类做很多人类不想做的事情,甚至不能做的事情。在世界各地的很多现代化工厂中,机器人已经很早就代替工人组装汽车,尤其是那些重复性很高的工作。现在的商场里,也早已开始出售各种类型的清洁机器人,能够自动帮助你清洁家里的地面,虽然目前功能上单一了一点,但是毕竟也帮你做了不少工作。日本的本田公司(Honda)在1986年就开始类人机器人的研究工作,到了2006年为止已经整整20年了。在这20
2、年中,他们在这个领域取得了举世瞩目的成绩,ASIMO的研制成功让Honda公司成为目前这个领域最领先的公司。在这篇文章中,我们将详细了解一下ASIMO是如何工作的,基本的原理是什么。ASIMO的名称由来ASIMO,代表AdvancedStepinInnovativeMobility。是日本本田公司开发的目前世界上最先进的步行机器人。也是目前世界上唯一能够爬楼梯,慢速奔跑的双足机器人。虽然其它公司也有类似的双足机器人,但是没有任何一家的产品能在步态仿真度上面能达到ASIMO的水准。除了ASIMO杰出的步行能力以外,ASIMO的智能也同样出色。语
3、音识别功能以及人脸识别功能能够使用语音控制ASIMO以及使用手势来进行交流。不仅如此,ASIMO的手臂还能够开电灯,开门,拿东西,拖盘子,甚至还能推车。图1:ASIMOHonda眼中的ASIMOHonda希望开发出的机器人是能够帮助人类,尤其是老年人的人类助手,而不是一个高科技玩具。因此ASIMO被设计成1.2米的高度,正好能够和轮椅上的人平视。这让ASIMO看上去非常有亲和力,因为大尺寸的机器人会让人有威胁感,小孩子也不会喜欢一个太高大的家伙。同时,这个高度也正好让ASIMO能够拿取桌子上的物体,如图2所示。这个设计因素在ASIMO被创建之
4、初就已经考虑到了,可见Honda工程师们的用心良苦。图2:1.2米的高度正好让ASIMO能够拿取屋内多数的物品ASIMO的结构:类似人类的身体结构Honda的工程师们在项目初始阶段花费了大量的时间研究了昆虫,哺乳动物的腿部移动,甚至登山运动员在爬山时的腿部运动方式。这些研究帮助工程师们更好的了解我们在行走过程中发生的一切,特别是关节处的运动。比如,我们在行走的时候会移动我们的重心,并且前后摆动双手来平衡我们的身体。这些构成了ASIMO行走的基础方式。在行走过程中,我们的脚趾也扮演了非常重要的角色,在平衡我们身体上起了很大的作用。在ASIMO的
5、脚上也有类似的机理,而且还使用了吸震材料来吸收行走过程中产生的对关节的冲击力,就像人类的软组织一样。图3:ASIMO正面照ASIMO和人类一样,有髋关节,膝关节和足关节。机器人中的关节一般用“自由度”来表示。一个自由度表示一个运动可以或者向上,或者向下,或者向右,或者向左。ASIMO拥有26个自由度,分散在身体的不同部位。其中脖子有2个自由度,每条手臂有6个自由度,每条腿也有6个自由度。腿上自由度的数量是根据人类行走,上下楼梯所需要的关节数研究出来的。图4:ASIMO关节图ASIMO身上两个传感器保证了ASIMO能够正常行走,它们是速度传感器
6、和陀螺传感器。它们主要用来让ASIMO知道他身体目前前进的速度以及和地面所成的角度,并依次计算出平衡身体所需要调节量。这两个传感器起的作用和我们人类内耳相同。要进行平衡的调节,ASIMO还必须要有相应的关节传感器和6轴的力传感器,来感知肢体角度和受力情况。ASIMO的动作:类似人类的步行方式除非你很了解机器人学,否则你很难想象要让ASIMO象人类这样行走是多么的困难,而ASIMO又是如何令人难以置信的达到这个程度的。ASIMO的行走中最重要的部分就是它的调节能力。ASIMO除了能像人类一样正常的步行之外,它还能对行走过程中遇到的情况进行自我调
7、节。比如在有一定斜度的平面上行走,甚至有可能在行走过程中被人推了一下,ASIMO都能快速对这些情况进行及时地处理,并进行相应的姿态调节,以确保能够正常的行走。为了实现这些,ASIMO的工程师们需要考虑ASIMO在行走中产生的惯性力。当机器人行走时,它将受到由地球引力,以及加速或减速行进所引起的惯性力的影响。这些力的总和被称之为总惯性力。当机器人的脚接触地面时,它将受到来自地面反作用力的影响,这个力称之为地面反作用力。所有这些力都必须要被平衡掉,而ASIMO的控制目标就是要找到一个姿势能够平衡掉所有的力。这称做"zeromomentpoint"
8、(ZMP)。当机器人保持最佳平衡状态的情况下行走时,轴向目标总惯性力与实际地面反作用力相等。相应地,目标ZMP与地面反作用力的中心点也重合。当机器人行走在不平坦的地
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