仿人机器人前沿介绍 - 图文

机械工程前沿报告

姓名：付如意

学号：120110798 班级：12011021 指导老师：饶建华

仿人机器人

摘要：本文主要介绍了机器人的由来，仿人机器人的概念，发展历史，发展现状，应用以及未来的发展趋势，最后对仿人机器人的未来发展做了一下展望。

关键词：仿人机器人，历史，现状，ASIMO，展望

Abstract: This paper mainly introduces the origin of the robot, and the concept of humanoid robot, development history, the development of current situation,

application and future development trend, and finally make a prospectto the future development of humanoid robot .

Keywords: humanoid robot, history, present situation, ASIMO, prospect

一、仿人机器人的概述

“机器人”最早出现于1920年捷克剧作家卡雷尔·卡佩克（Karel Kapek）的一部幻想剧《罗萨姆的万能机器人》中，“Robot”是由斯洛伐克语“Robota”衍生而来的。

1940年，美国科幻小说家加斯卡·阿西莫夫（Jassc Asimov）在他的小说《我是机器人》中，提出了著名的“机器人三守则”，即： 1）机器人不应伤害人类；

2）机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外； 3）机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

这是给机器人赋予的伦理性纲领，机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。 [1]

经过几十年的发展，机器人技术取得了举世瞩目的成就。目前，对于机器人研究的一个主要的发展方向就是研究仿人机器人，让机器人更具人行，具有更强的只能和功能。

仿人机器人是一种外观与人相似，具有移动功能、感知功能、操作功能、学习能力、自制能力、联想记忆、情感交流的智能机器人。它具有灵活的行走机构，可以随时走到需要的地方，包括一些对普通人来说不易到达的角落，完成人指定或预先设置的工作。仿人机器人具有人类的外观，可以适应人类的生活和工作环境。

仿人机器人集机械、材料、电子、计算机、自动化等多门学科于一体，技术含量高、研究和开发难度大。它是一个国家高技术实力和发展水平的重要标志。因此，世界各发达国家都不惜投入巨资进行研究与开发。目前，美国和日本等许多发达国家的科学家都在仿人机器人的研究与开发方面做了大量的工作，并取得了突破性的进展。仿人机器人已经对人类社会产生了巨大的影响。

二、仿人机器人的发展历史

2.1国外仿人机器人发展历史

仿人机器人的研制开始于20世纪60年代末，距今已有40年的历史。然而仿人机器人

的研究工作进展迅速，如今已成为机器人技术领域的主要研究方向之一。

1968年，美国通用电气公司的研究人员试制了一台名叫Rig的操纵型二足步行机构，从而揭开了仿人机器人研究的序幕。

1968年，早稻田大学加藤一郎教授在日本首先展开了双足机器人的研制工作。1969年研制出WAP-1平面自由度步行机器人。该机器人具有6个自由度，每条腿有髋、膝、踝3个关节。利用人造橡胶肌肉为关节，通过注气、排气引起肌肉收缩牵引关节转动从而迈步。由于气体的可压缩性，该机器人行走不稳定。1971年，加藤一郎又研制出了WAP-3型双足机器人，仍采用人造肌肉驱动，能在平地、斜坡和阶梯上行走，具有11个自由度。1971年，加藤实验室研制出WL-5双足机器人。该机器人采用液压驱动，具有11个自由度，下肢作三维运动，上躯体左右摆动以实现双足机器人重心的左右移动。该机器人重130kg，高0.9m，可载荷30kg，实现步幅15cm，每步45s的静态步行。

1973年，加藤等人在WL-5的基础上配置机械手及人工视觉、听觉装置组成自主式机器人WABOT-1，如图1所示。WABOT-1由足、手、视觉、声音应答4个系统组成。它所具有的功能包括通过人造嘴与人进行简单的对话，人造耳、眼作为远程接收装置识别对象、测定距离和方向，以两足步行方式进行移动，带触觉，能用双手抓握、移动物体等。 加藤等人于1980年又推出WL-9DR双足机器人。该机器人采用预先设计步行方式的程序控制方法，用步行运动分析及重复实验设计步态轨迹，用以控制机器人的步行运动该机器人采用以单脚支撑期为静态，双脚切换期为动态的准动态步行方案，实现步幅45cm，每步9s的准动态步行。

1984年，加藤实验室又研制出采用踝关节力矩控制的WL-10RD双足机器人，实现了步幅40cm，每步1.5s的平稳动态步行。1985年加藤研究室在日本筑波科学博览会上公开展示了能演奏钢琴的仿人机器人WABOT-2。该机器人能与人对话，用眼睛扫描乐谱，演奏键盘乐器，WABOT-2的外观如图2所示。1986年，加藤实验室又研制成功了WL-12(R)步行机器人，该机器人通过躯体运动来补偿下肢的任意运动，在躯体的平衡作用下，实现了步行周期1.3s，步幅30cm的平地动态步行。加藤一郎由于长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。

WABOT-1 WABOT-2

图1 图2

日本还有许多著名的大公司如本田、索尼、松下电工、富士通、川崎重工、法那科、日立等也在从事仿人机器人的研究与开发，并取得了突破性的成就。本田公司从1986年至今，已经推出了3种P系列仿人机器人。P1是本田公司最初研制的步行机器人，主要是对二足

步行机器人进行基础性的研究工作。P2是1996年12月推出的步行机器人，相对于P1而言，P2更加类人化。P2的问世将二足步行机器人的研究推向了高潮，使本田公司在此领域里处于世界绝对领先地位。1997年12月，本田又推出了P3，如图3所示。P3使用了新型的镁材料，实现了小型轻量化。2000年11月，本田公司又推出了新型双脚步行机器人ASIMO，如图4所示。ASIMO与P3相比，其体形更容易适应人类的生活空间，通过提高双脚步行技术，其步态更接近人类的步行方式。ASIMO使用个人计算机和便携式设备控制步行方向、关节及手的动作，二足步行采用了新开发的技术，可以更自由的步行。P3和ASIMO的推出，将仿人机器人的研究工作推上了一个新的台阶，使仿人机器人的研制和生产正式走向实用化、工程化和市场化。

索尼公司于2000年11月也推出了娱乐型仿人机器人SDR-3X，如图5所示。它可以按照音乐节拍翩翩起舞，并且进行较高速度的自律运动。SDR-3X还配有声音识别和图像识别功能。索尼公司于2003年11月又推出世界上首台会跑的仿人机器人QRIO，如图6所示，实现了搭载控制系统和电源系统的跑动。

P1 P2 P3 图3

ASIMO SDR-3X QRIO 图4 图5 图6