1.3.2 类人形机器人研究的扩大与扩展(2005—2012)
1.产综研的研究
2005年,新能源产业技术综合开发机构(NEDO)和产综研成功开发出恐龙双足机器人,以探索双足机器人技术在娱乐领域的应用可能性。
图1.5展示了开发的两种恐龙机器人的照片[29]。霸王龙形机器人全长3.5m,重量为83kg,具有27个自由度;副栉龙机器人全长3.5m,重量为81kg,具有26个自由度。这些恐龙机器人的尺寸是实际恐龙尺寸的2/7。
考虑到建筑现场作业等实际应用时,HRP-2在物体操作能力和耐环境性能方面存在局限性。为了解决这个问题,2007年川田工业、川崎重工以及产综研在NEDO的支持下开发出了新的人形机器人[49]。图1.6a显示了身高161cm、体重68kg、具有42个自由度的人形机器人HRP-3。为了在多种环境下作业,该机器人具有防尘、防水溅配置。
图1.5 两种恐龙机器人
图1.6 HRP-3和相应实验
2009年,产综研开发出了新型人形机器人HRP-4C。它的最大特点是体形被设计得接近日本青年女性的平均体形[46]。HRP-4C(左侧)与传统的人形机器人HRP-2(右侧)相比,具有更接近人类的外观,如图1.7a所示。我们的目的是探索人形机器人的新应用领域(例如在时装秀等娱乐领域),以及在评估人使用各种装备的可能性。
图1.7 HRP-4C和相应实验
图1.7b展示了HRP-4C模仿人类行走动作[51]。图1.7c展示了HRP-4C与人类合作的舞蹈表演。同时,有效地编排这种舞蹈的软件也被开发出来[82]。HRP-4C的硬件自2009年发布以来经过多次改造,最新的机身身高160cm,体重46kg,共44个自由度[47]。
2010年,川田工业和产综研以HRP-4C为基础,开发出了轻量、苗条的实验用机器人HRP-4,如图1.8a所示,这是一款身高151cm,体重39kg,具有34个自由度的人形机器人。
图1.8 HRP-4及其步行示范
为了实现比现有HRP-2更高级的物体操作,HRP-4具有7个自由度的双臂和2个自由度的手部。该机器人由kawada robotics销售,在多所大学作为研究平台使用[101]。
2.大学和研究机构的研究
在日本,早稻田大学的高西敦夫教授小组继承加藤一郎教授的工作开发出世界最早的类人计算机WABOT-1,积极推进了相关研究。他们的WABIAN-2R在2006年实现了脚尖着地、脚尖离地的接近人类的大步行走[95]。
东京大学稻叶雅幸教授领导的研究小组在2010年利用HRP-2成功地在线推算出人形机器人对质量未知物体所需的操作力,并成功将该物体抬高和传送[83]。另外,该小组的浦田等人还开发出了一种双足机器人,它在被人踢到的情况下,只要踏出几步就不会摔倒,还能维持平衡[38]。
ATR的计算脑科学研究所正在从脑科学的角度推进人形机器人的研究。他们使用液压驱动的人形机器人cbi(SARCOS公司生产)作为实验平台,进行了具有脑神经科学可行性的平衡控制系统实验[66]。
从2005年开始,在日本以外的其他国家,双足人形机器人的研发日趋活跃。较为出名的有:慕尼黑理工大学开发的LOLA[80]、韩国科学技术院(KAIST)被开发的HUBO2[10]、中国的北京理工大学开发的BHR-2[100]、意大利的国立研究所和热那亚大学开发的ICUB[25]、美国的弗吉尼亚理工大学开发的CHARLI[20]、德国航空宇宙中心(DLR)开发的可控制全身转矩的TORO[14,15]等。
3.企业开发
本田技研在1996年发布人形机器人P2之后,一直持续进行ASIMO系列的开发。2011年本田技研发布的ASIMO实现了9km/h行驶、向后行驶、单脚/双脚跳跃等操作[173]。
在2005年举办的“爱·地球博览会”上,丰田汽车开发的机器人在丰田集团的展馆进行了演示。其中,能演奏小号的双足人形机器人、能载人行走的搭乘型双足行走机器人吸引了观众的目光。2007年,丰田集团发布了能演奏小提琴的人形机器人和能双足行走的人形机器人[134]。
韩国三星电子公司一直在与韩国工业技术研究所(KIST)合作进行人形机器人的研发。它们于2012年发布了一个像人一样能够膝盖伸展着行走的人形机器人Roboray[11]。
位于西班牙巴塞罗那的PALRobotics公司开发了一个真人大小的双足人形机器人REEM-C[72]。许多小型人形机器人也在这一时期推出,包括Aldebaran Robotics的NAO[1]、ROBOTIS的DARwIn-OP[73]、Fujisoft的PALRO以及Kondo Kagaku的KHR系列[4]。