类人机器人仿真研发探析

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1、类人机器人仿真研发探析为了高度契合类人机器人研发与切实获取领先产品的迫切需要；系统的开发理念很有必要升级为指导性原则。当下类人或仿真机器人在美国和日本的研发已经达到部分人体行为完善的仿真实验，领先的美国机器人以全机电智能自动化金属结构设计为仿真主体，突出的问题是比重达到真人的两倍以上，其它不提；仅此一项就使其不可能进入家庭及社会。其积极方面的作用只是作为了AI开发试验的载体和积累初级仿真机器人的仅有设计经验（恶劣环境特殊需要另当别论）。日本最先进仿真机器人不同的是身体骨架采用全树脂材料,驱动采用美国人McKibben±世纪50年代发明的

2、气动肌肉，可见他们的研发在重量方面的取向。这里将他们对比后的评价是；美国研发的是人形机器或称钢铁侠，日本研发的是机器内核的类人。这样看日本在材料和构造方面是领先的,尤其是尽量采用气动肌肉的取向。无法恭维的是日本的动力源也就是压缩空气站是外置的，明显处在初步试验阶段。再者McKibben气动肌肉体积大机械效率低（结构设计的自摩擦损耗），充放气噪声和工作气压都很大，所以接轨市场仍然需要理论上的突破或根本性改型。我国《国为研发机构》开发申请的“一种弹性体液压肌肉”专利针对现有不足做出了创新开发；首先体积在直径上被减小，长度与收缩比大幅度改善且

3、不存在自摩擦，工作压力被减小进而更加安全，噪声源只有电动机一项。关于McKibben气动肌肉的力学分析我们在《类人机器人设计与制造》一文的附录中已经介绍，可以在百度文库中搜索jessy508后查找阅读批判。为了促进类人机器人研发的大幅度进步本文作者原意将部分思路分享。下面在分标题下具体逐一陈述：1.类人机器人的研发参照与取向：既然研发对象是仿真的类人机器人；理想的最终产品必须无限接近自然人类。参照自然人这一蓝本并意取其轻软灵智和令人惊诧的可折叠功能为我们指明方向。开发非金属材料的弹性体液压肌肉将符合轻质和空间占用小的要求以及诸多好处（当

4、然不绝对排除金属材料），目前我们已经有四种以上不同类型的弹性体液压肌肉品种，全部设计参考了人体功能结构和非生物性质的物理特性。2.构造类人机器人的材料：类人机器人的制作材料原则上考虑强度为前提的比重第一，理想的类人机器人的成品比重不超出1.5比较容易达到。以肢体骨架为主体的结构全部采用树脂类材料（众多高分子树脂原料的比重在0.95-1.25之间）；目的是可大批量注塑成型，关节采用橡胶及聚氨酯类可浇注成型材料，目的是获得肢体动作复位需要的弹力蓄能；这也是采用了弹性体液压肌肉的后续条件。弹性体液压肌肉与人体骨骼肌发力的共同特点都是只有拉力，

5、所以弹性关节复位设计会减少弹性体液压肌肉的使用量（这一点就不必模仿人体骨骼肌的分布和回拉肌肉了）。弹性体液压肌肉与液压驱动泵的连接用单根尼龙管解决，原因依然是因为采用了弹性体液压肌肉；弹性体液压肌肉的直径回缩配合弹性关节回弹力使肢体复位并同时将压力介质通过尼龙单管送回到液压泵，到这里可以看出动力系统中只有关节，肌肉，单管，压力介质和驱动泵，这样的液压系统完全区别于传统的设计组合。如此类人机器人的重量得到了减轻。这样从自动化电控方面讲就只有驱动泵可控了，其实用其它径向可变形纤维增强软管代替尼龙单管并施加外力压迫也可以实现流体节制或关闭。总

6、之强调重量原则迫使出了完全非常规的驱动系统结构，同时解决了能耗和灵敏度问题等等，也明显降低制造和维护成本。总之轻质和结构简单大有好处。1.类人机器人的液压驱动系统：类人机器人的液压驱动系统应采用多元集成方案的单电机多泵多级输出方法；可加入机械的变量控制设计以获取复杂的人体动作，例如管路中的缓压或蓄能装置，辅助附加变量装置等等。具体方案将选定矩阵式胶囊或柱塞泵结合伺服驱动。可以将四肢分为四个单元独立控制从而实现人体动作的非对称和复杂行为。减少重量与能耗的主要研发部位在于耗能装置，优选材料结合简化结构设计不但获得更好的拟人效果更简化配套智能

7、自动化设计要求和成本。以现有的一切成果为基础创造没有的事物是创发的起点；然而我们需要的是对多学科多文化模式的集合。最有价值的创发能力并不简单始于计算，特别是从无形到有形的建模思维是见识经验和联想能力的结果。但是实现产业化量产和企业标准化决对不能离开实验室的数据采集和规模量产的工艺制定研究，这是产品前期开发工作量的主要构成部分，也可认定为实时工作量。相对产品结构类型的设计策略需要的是创发思维，完成此项任务在人力资源方面只要一副大脑和几个助手即可，这必须是有长期丰富专业积累的大脑，一副面对开发方案便知晓最终结果的大脑。2.类人功能与Al系统

8、：就任何机械设计而言；形体及机械结构的建模思维是联想能力的结果，一个高价值的设计方案的内涵必定包括自身的合理性和历经历史考验的可靠性，简洁与多功能的单元零部件是必须的追求目标，故而获取轻质前提的必须功能与节