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　　人偶機(jī)器人遭遇技術(shù)沖破的“局域”

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　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國(guó)機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

　　從“歐羅巴”的驚艷倒立到“菲布爾”人偶機(jī)器人會(huì)采用各式各樣輔助工具，標(biāo)志著機(jī)器人技術(shù)已從騎行、后仰俯臥、彈跳、每邊欄桿、避開(kāi)障礙物等低階機(jī)械重復(fù)姿勢(shì)，向倒立、開(kāi)近戰(zhàn)、獨(dú)立自主導(dǎo)航系統(tǒng)等“高大上”精細(xì)體育運(yùn)動(dòng)技能方向發(fā)展。尤其是英國(guó)“索菲”人偶機(jī)器人首次被沙特授予公民身份，加速了人偶機(jī)器人的“合法化”進(jìn)程。

　　人偶機(jī)器人技術(shù)的突飛猛進(jìn)，得益于育苗智能技術(shù)的快速發(fā)展，取決于巧妙絕倫的仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和飛速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)掌控技術(shù)。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理

所謂人偶機(jī)器人，是指仿效人類雙腳徒步的仿生機(jī)器人，它具有很大智能水平，是仿生機(jī)器人中更敏捷、更智能的繁雜機(jī)器人系統(tǒng)。合理的仿生設(shè)計(jì)是人偶機(jī)器人發(fā)揮功能作用的基礎(chǔ)。

　　其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是如前所述仿生學(xué)原理，在提取人類結(jié)構(gòu)精髓的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化，開(kāi)發(fā)出由各式各樣下肢共同組成的高度靈巧性的類人機(jī)器人，通常由驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)、感應(yīng)器和掌控器等共同組成，仿效人的體育運(yùn)動(dòng)生理結(jié)構(gòu)。

“歐羅巴”人偶機(jī)器人是由模擬人體結(jié)構(gòu)和外形大小的兩條胳膊、兩條腿、軀干和頭部等共同組成，其人高1.88米，重150千克。韓國(guó)“HUBO”機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，在無(wú)腺上裝有主動(dòng)驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)輪，腳上配有被動(dòng)輪，使其能在平地上快速而穩(wěn)定地體育運(yùn)動(dòng)。英國(guó)卡內(nèi)基·梅隴大學(xué)的“CHIMP”機(jī)器人選用可形變結(jié)構(gòu)，使其既能像人類一樣雙腳卷曲，亦可將兩個(gè)下肢形變成兩個(gè)三腳架，或?qū)⑺闹巫優(yōu)槿_架結(jié)構(gòu)，還可根據(jù)任務(wù)不同靈巧變換結(jié)構(gòu)，如選用雙三腳架結(jié)構(gòu)移至車門，用雙臂開(kāi)門，隨后形變?yōu)殡p腳卷曲結(jié)構(gòu)下車。

　　驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)飛速發(fā)展

　　驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)是人偶機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)源。人偶機(jī)器人一般選用油壓、電機(jī)、薄板合金和氣動(dòng)育苗肌肉等驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)，憑借良好的移動(dòng)性能，人偶機(jī)器人一誕生就備受關(guān)注。

最初的“歐羅巴”人偶機(jī)器人是如前所述波士頓動(dòng)力系統(tǒng)公司早期的“佩特曼”人偶機(jī)器人研發(fā)改進(jìn)而來(lái)，全身選用28個(gè)油壓驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)下肢，動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)自于功率為15MW的480伏三相電源，配有PDP泵，采用身體和腿部的感應(yīng)器維持均衡，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)圈位置和力量的掌控，具有出色的騎行、后仰俯臥、彈跳、每邊欄桿、避開(kāi)障礙等潛能。改進(jìn)型“歐羅巴”去除了電源插頭，更新了除小腿和腳之外約75%的系統(tǒng)，配有新式泵，調(diào)整了其臀部、膝蓋和背部的驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)器，能在摔倒后自行起立，并具有無(wú)線通訊潛能。

　　動(dòng)力系統(tǒng)裝置選用可持續(xù)供電1小時(shí)的3.7MW鋰離子電池，這是機(jī)器人最終能走出微生物醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵。日本“HRP-2”人偶機(jī)器人選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)，單座緊湊型水冷電機(jī)和高輸出驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)模塊，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)矩狀態(tài)下不產(chǎn)生過(guò)熱問(wèn)題。

　　掌控技術(shù)突飛猛進(jìn)

體育運(yùn)動(dòng)掌控和功能掌控是人偶機(jī)器人掌控的主要內(nèi)容。其中，體育運(yùn)動(dòng)掌控牽涉雙足規(guī)劃、雙足掌控以及高技術(shù)難度精細(xì)姿勢(shì)掌控。如何設(shè)計(jì)徒步機(jī)器人的腿間作用機(jī)制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)繁雜地形條件下的身體均衡自適應(yīng)調(diào)整，生成穩(wěn)健自如的自由雙足，是必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

　　在“機(jī)hondayz與操縱潛能最大化”項(xiàng)目下，英國(guó)國(guó)防部高級(jí)科學(xué)研究計(jì)劃局已與多家科學(xué)研究機(jī)構(gòu)簽訂合同，積極開(kāi)展機(jī)器人掌控技術(shù)科學(xué)研究，牽涉如前所述環(huán)境的靜態(tài)雙足選擇、身體重心控制以及靜態(tài)穩(wěn)定掌控等多個(gè)方面。英國(guó)HRL微生物醫(yī)學(xué)還將積極開(kāi)展腿形體育運(yùn)動(dòng)、微生物體育運(yùn)動(dòng)控制、深化對(duì)微生物體育運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知科學(xué)研究，使人偶機(jī)器人無(wú)論是在一馬平川的平坦地面，還是在崎嶇不平的山區(qū)，都能獲得高速、敏捷的體育運(yùn)動(dòng)潛能。

英國(guó)“歐羅巴”和白俄羅斯“菲布爾”機(jī)器人體育運(yùn)動(dòng)掌控的重點(diǎn)主要集中在高技術(shù)難度精細(xì)姿勢(shì)的沖破上?！皻W羅巴”人偶機(jī)器人配有PDP實(shí)時(shí)掌控計(jì)算機(jī)、全球定位系統(tǒng)、立體感應(yīng)器、專用感應(yīng)器和交互算法軟件等，可實(shí)時(shí)交互并計(jì)算掌控力，不但能使身體在體育運(yùn)動(dòng)掌控中保持均衡，還具有強(qiáng)大的目標(biāo)探索識(shí)別潛能，能在室內(nèi)和室外進(jìn)行獨(dú)立自主導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　白俄羅斯“菲布爾”人偶機(jī)器人具有靈巧的手指，可以采用各式各樣輔助工具，并具有很大的獨(dú)立自主學(xué)習(xí)潛能，能在規(guī)定情景中拿起儀器并操作，尤其是具有精準(zhǔn)的近戰(zhàn)潛能，使其在軍事登陸作戰(zhàn)方面表現(xiàn)出巨大的潛力。該機(jī)器人將成為白俄羅斯“聯(lián)邦”號(hào)新式宇宙飛船2021年首飛時(shí)的唯一“乘客”，并將參與2031年白俄羅斯的序列圖計(jì)劃。

隨著育苗智能技術(shù)科學(xué)研究的持續(xù)深入，各式各樣高智能、多功能、反應(yīng)快的人偶機(jī)器人將不斷“橫空出世”。目前，一些軍事強(qiáng)國(guó)正在積極研發(fā)具有很大思維、分析和判斷潛能，能辨別敵我的“機(jī)器人士兵”，它們不僅能從事繁重的勤務(wù)支援保障工作，還可以直接遂行登陸作戰(zhàn)任務(wù)。屆時(shí)，組建人偶機(jī)器人部隊(duì)走上一線戰(zhàn)場(chǎng)，將不再是科幻大片的情景。

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