1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.簡介想象一下未來的生活， HYPERLINK t _blank 機器人在你家里幫你煮飯，幫你做家務，幫你打掃房間或者在你工作的時候遞上一杯熱熱的咖啡？機器人已經能夠代替人類做很多人類不想做的事情，甚至不能做的事情。在世界各地的很多現(xiàn)代化工廠中，機器人已經很早就代替工人組裝汽車，尤其是那些重復性很高的工作。現(xiàn)在的商場里，也早已開始出售各種類型的清潔機器人，能夠自動幫助你清潔家里的地面，雖然目前功能上單一了一點，但是畢竟也幫你做了不少工作。日本的本田田公司（HH

2、ondda）在在19886年就就開始類類人機器器人的研研究工作作，到了了20006年為為止已經經整整220年了了。在這這20年年中，他他們在這這個領域域取得了了舉世矚矚目的成成績， HYPERLINK t _blank AASIMMO的研研制成功功讓Hoondaa公司成成為目前前這個領領域最領領先的公公司。在在這篇文文章中，我我們將詳詳細了解解一下AASIMMO是如如何工作作的，基基本的原原理是什什么。ASIMOO的名稱稱由來ASIMOO, 代代表 AAdvaanceed SStepp inn Innnovvatiive Mobbiliity。是是日本本本田公司司開發(fā)的的目前世世界上最最先進的

3、的步行機機器人。也也是目前前世界上上唯一能能夠爬樓樓梯，慢慢速奔跑跑的雙足足機器人人。雖然然其它公公司也有有類似的的雙足機機器人，但但是沒有有任何一一家的產產品能在在步態(tài)仿仿真度上上面能達達到ASSIMOO的水準準。除了了ASIIMO杰杰出的步步行能力力以外，AASIMMO的智智能也同同樣出色色。語音音識別功功能以及及人臉識識別功能能能夠使使用語音音控制AASIMMO以及及使用手手勢來進進行交流流。不僅僅如此，AASIMMO的手手臂還能能夠開電電燈，開開門，拿拿東西，拖拖盤子，甚甚至還能能推車。圖1：ASSIMOOHondaa眼中的的ASIIMOHondaa希望開開發(fā)出的的機器人人是能夠夠幫助

4、人人類，尤尤其是老老年人的的人類助助手，而而不是一一個高科科技玩具具。因此此ASIIMO被被設計成成1.22米的高高度，正正好能夠夠和輪椅椅上的人人平視。這這讓ASSIMOO看上去去非常有有親和力力，因為為大尺寸寸的機器器人會讓讓人有威威脅感，小小孩子也也不會喜喜歡一個個太高大大的家伙伙。同時時，這個個高度也也正好讓讓ASIIMO能能夠拿取取桌子上上的物體體，如圖圖2所示示。這個個設計因因素在AASIMMO被創(chuàng)創(chuàng)建之初初就已經經考慮到到了，可可見Hoondaa工程師師們的用用心良苦苦。圖2：1.2米的的高度正正好讓AASIMMO能夠夠拿取屋屋內多數(shù)數(shù)的物品品ASIMOO的結構構：類似似人類的的

5、身體結結構Hondaa的工程程師們在在項目初初始階段段花費了了大量的的時間研研究了昆昆蟲，哺哺乳動物物的腿部部移動，甚甚至登山山運動員員在爬山山時的腿腿部運動動方式。這這些研究究幫助工工程師們們更好的的了解我我們在行行走過程程中發(fā)生生的一切切，特別別是關節(jié)節(jié)處的運運動。比比如，我我們在行行走的時時候會移移動我們們的重心心，并且且前后擺擺動雙手手來平衡衡我們的的身體。這這些構成成了ASSIMOO行走的的基礎方方式。在在行走過過程中，我我們的腳腳趾也扮扮演了非非常重要要的角色色，在平平衡我們們身體上上起了很很大的作作用。在在ASIIMO的的腳上也也有類似似的機理理，而且且還使用用了吸震震材料來來吸

6、收行行走過程程中產生生的對關關節(jié)的沖沖擊力，就就像人類類的軟組組織一樣樣。圖3：ASSIMOO正面照照ASIMOO和人類類一樣，有有髖關節(jié)節(jié)，膝關關節(jié)和足足關節(jié)。機機器人中中的關節(jié)節(jié)一般用用“自由由度”來來表示。一一個自由由度表示示一個運運動可以以或者向向上，或或者向下下，或者者向右，或或者向左左。ASSIMOO擁有226個自自由度，分分散在身身體的不不同部位位。其中中脖子有有2個自自由度，每每條手臂臂有6個個自由度度，每條條腿也有有6個自自由度。腿腿上自由由度的數(shù)數(shù)量是根根據(jù)人類類行走，上上下樓梯梯所需要要的關節(jié)節(jié)數(shù)研究究出來的的。 圖4：ASSIMOO關節(jié)圖圖ASIMOO身上兩兩個 HYP

7、ERLINK t _blank 傳感感器保證證了ASSIMOO能夠正正常行走走，它們們是速度度傳感器器和陀螺螺傳感器器。它們們主要用用來讓AASIMMO知道道他身體體目前前前進的速速度以及及和地面面所成的的角度，并并依次計計算出平平衡身體體所需要要調節(jié)量量。這兩兩個傳感感器起的的作用和和我們人人類內耳耳相同。要要進行平平衡的調調節(jié)，AASIMMO還必必須要有有相應的的關節(jié)傳傳感器和和6軸的的力傳感感器，來來感知肢肢體角度度和受力力情況。ASIMOO的動作作：類似似人類的的步行方方式除非你很了了解機器器人學，否否則你很很難想象象要讓AASIMMO象人人類這樣樣行走是是多么的的困難，而而ASIIM

8、O又又是如何何令人難難以置信信的達到到這個程程度的。AASIMMO的行行走中最最重要的的部分就就是它的的調節(jié)能能力。AASIMMO除了了能像人人類一樣樣正常的的步行之之外，它它還能對對行走過過程中遇遇到的情情況進行行自我調調節(jié)。比比如在有有一定斜斜度的平平面上行行走，甚甚至有可可能在行行走過程程中被人人推了一一下，AASIMMO都能能快速對對這些情情況進行行及時地地處理，并并進行相相應的姿姿態(tài)調節(jié)節(jié)，以確確保能夠夠正常的的行走。為了實現(xiàn)這這些，AASIMMO的工工程師們們需要考考慮ASSIMOO在行走走中產生生的慣性性力。當當機器人人行走時時，它將將受到由由地球引引力，以以及加速速或減速速行進

9、所所引起的的慣性力力的影響響。這些些力的總總和被稱稱之為總總慣性力力。當機機器人的的腳接觸觸地面時時，它將將受到來來自地面面反作用用力的影影響，這這個力稱稱之為地地面反作作用力。所有這些力都必須要被平衡掉，而ASIMO的控制目標就是要找到一個姿勢能夠平衡掉所有的力。這稱做zero moment point (ZMP)。當機器人保持最佳平衡狀態(tài)的情況下行走時，軸向目標總慣性力與實際地面反作用力相等。相應地，目標ZMP與地面反作用力的中心點也重合。當機器人行走在不平坦的地面時，軸向目標總慣性力與實際的地面反作用力將會錯位，因而會失去平衡，產生造成跌倒的力。 跌倒力的大小與目標ZMP和地面反作用力中

10、心點的錯位程度相對應。簡而言之，目標ZMP和地面反作用力中心點的錯位是造成失去平衡的主要原因。假若Honda機器人失去平衡有可能跌倒時，下述三個控制系統(tǒng)將起作用，以防止跌倒，并保持繼續(xù)行走狀態(tài)。 地面反作用用力控制制：腳底底要能夠夠適應地地面的不不平整，同同時還要要能穩(wěn)定定的站住住。 目標ZMPP控制：當由于于種種原原因造成成ASIIMO無無法站立立，并開開始傾倒倒的時候候，需要要控制他他的上肢肢反方向向運動來來控制即即將產生生的摔跤跤，同時時還要加加快步速速來平衡衡身體。 落腳點控制制：當目目標ZMMP控制制被激活活的時候候，ASSIMOO需要調調節(jié)每步步的間距距來滿足足當時身身體的位位置，

11、速速度和步步長之間間的關系系。圖5：ASSIMOO的步態(tài)態(tài)控制ASIMOO的動作作：穩(wěn)步步的行走走ASIMOO能夠感感應到即即將摔倒倒的情況況，并能能夠很快快對此做做出反應應；但是是ASIIMO的的工程師師想要更更多的功功能。他他們不但但想讓AASIMMO能夠夠行走的的更順暢暢，還想想讓ASSIMOO能夠在在不停止止的情況況下轉身身。目前前絕大多多數(shù)其它它類人機機器人無無法做到到這一點點。圖6：ASSIMOO的腿部部特寫當我們走到到彎角處處需要轉轉身的時時候，我我們將我我們身體體的重心心移到轉轉身的位位置。AASIMMO使用用了一種種叫做 “動作作預測控控制”，也也叫做“iiWallk”技技術

12、來實實現(xiàn)。AASIMMO需要要預測轉轉身所需需要的重重心的移移動的位位置以及及持續(xù)時時間。由由于這個個技術是是實時（RReall Tiime）技技術，因因此ASSIMOO能夠不不需要停停止就能能夠轉身身，實現(xiàn)現(xiàn)邊走邊邊轉身。 圖7：重心心移動原原理本質上，AASIMMO每走走一步，他他就需要要計算一一次他的的重心位位置以及及慣量，并并預測在在下一步步移動后后的位置置，同時時計算出出所需要要的重心心移動距距離。他他主要通通過調節(jié)節(jié)以下44個因素素：步長：每步步行走的的長度 位姿：身體體的位置置 速度：整體體移動的的速度 行走方向：下一步步移動的的方向圖8：ASSIMOO的控制制流程ASIMOO的

13、動作作：上下下樓梯上下樓梯的的動作如如果只是是靠事先先的程序序輸入的的話絕對對不可能能實現(xiàn)。即即使是輸輸入了階階梯的高高度及前前后的距距離，如如果多達達29層層的話，也也會因誤誤差累積積而無法法正常走走下來。為為此，HHondda在AASIMMO的每每只腳上上，都裝裝了一個個6軸力力傳感器器，用來來監(jiān)測每每一步的的穩(wěn)定程程度。再再結合陀陀螺儀和和 HYPERLINK t _blank 加速度度傳感器器，ASSIMOO使用了了獨特的的數(shù)學算算法來讓讓他上下下樓梯，并并能夠上上下斜坡坡而如履履平地。HHondda的工工程通過過使其腳腳內側不不緊貼地地面、腳腳趾比臺臺階邊緣緣向前探探出少許許這樣的的

14、站立方方式來探探測出臺臺階的邊邊緣。在在這一狀狀態(tài)下，如如果通過過腳底的的壓力傳傳感器進進行壓力力分布測測量的話話，可以以預先測測出邊緣緣的位置置。下樓樓梯時的的著地點點也可以以同樣進進行預測測。雖然然操作人人員向AASIMMO輸入入了樓梯梯大致的的高度，但但是最終終則是通通過 AASIMMO足底底的傳感感器來確確認樓梯梯位置的的。不只只是下樓樓梯，AASIMMO還能能夠在斜斜坡上轉轉彎。這這時由于于ASIIMO的的每一步步都要變變換姿勢勢，并改改變與ZZMP的的關系，較較下樓梯梯難度更更大。下下樓梯與與在斜坡坡轉彎使使用了相相同的算算法，因因此不需需要改變變模式。圖6：ASSIMOO在走樓樓

15、梯ASIMOO的技術術參數(shù)： 體重 52公斤 行走速度 0-1.66公里/小時 行走范圍 范圍可調整整，步幅幅可調整整 抓握力 0.5公斤斤/手(每只手手5個手手指) 作動器 伺服電機 + 諧諧波減速速器 + 驅動動單元 控制裝置 行走/操作作控制單單元，無無線發(fā)送送單元 傳感器腳部 六軸軸向腳部部方位傳傳感器 軀體 陀螺螺儀和加加速傳感感器 電源部分 38.4VV/100AH(鎳鋅) 操作部分 操縱臺和便便攜控制制器 自由度（類類似人類類的關節(jié)節(jié)） 頭部 頸關節(jié)(UU/D，RRT) *12 DOFF臂 肩關節(jié)(FF/B，UU/D，RRT)肘肘關節(jié)(F/BB)腕關關節(jié)(RRT)3 DOFF1

16、DDOF11 DOOF5 DOFF2手手臂 = 100 DOOF手 五個手指(抓握)1 DOFF1 DOFF2手手 = 2 DDOF腿 髖關節(jié)(FF/B，LL/R，RRT)膝膝關節(jié)(F/BB)踝關關節(jié)(FF/B，LL/R)3 DOFF1 DDOF22 DOOF6 DOFF2腿腿 = 12 DOFF機器人ASSIMOO-關于AASIMMO的未未來設想想：追求技術的的不斷進進步。221世紀紀，Hoondaa期待著著ASIIMO真真正地對對人類有有益，豐豐富人類類的生活活。 今今后，HHondda仍將將以“挑挑戰(zhàn)精神神”繼續(xù)續(xù)研究和和開發(fā)， 與ASSIMOO一起，不不斷地向向“未來來之夢”邁邁進。

17、筆者后記：新的ASIIMO已已經在行行走能力力上又有有了新的的突破，220044年122月發(fā)布布的新型型ASIIMO已已經能夠夠達到每每小時66KM的的奔跑速速度以及及迂回行行走。同同時其關關節(jié)自由由度也達達到了334個。新新開發(fā)的的技術根根據(jù)其官官方網站站的描述述為：主要新技術術：1）能能夠實現(xiàn)現(xiàn)像人類類一樣自自然奔跑跑的新姿姿勢控制制技術 2）自自律性的的連續(xù)移移動技術術 3）配配合人的的活動而而連貫活活動的技技術 1、新姿勢勢控制技技術 為為了防止止高速移移動產生生的足部部打滑和和空中旋旋轉，保保持平衡衡狀態(tài)，HHondda通過過利用上上半身彎彎曲和旋旋轉的新新姿勢控控制理論論和新開開發(fā)

18、的高高速應答答硬件等等，使AASIMMO的最最大奔跑跑速度達達到了33km/h。同同時，步步行速度度也由原原來的11.6kkm/hh提高到到2.55km/h。 2、自律性性的連續(xù)續(xù)移動技技術 通通過地面面?zhèn)鞲衅髌鳙@得的的周圍環(huán)環(huán)境信息息和預先先錄入的的地圖信信息等，AASIMMO能夠夠在步行行的同時時修正路路線偏差差，途中中無需停停歇地直直接移動動到目的的地。 通過地地面?zhèn)鞲懈衅骱皖^頭部視覺覺傳感器器發(fā)現(xiàn)障障礙物時時，ASSIMOO可以自自身判斷斷，迂回回選擇其其他路線線。 3、配合人人的活動動而連貫貫活動的的技術 SIMMO通過過頭部視視覺傳感感器、手手腕部位位新增加加的腕力力傳感器器等檢測

19、測人的動動作，可可以進行行物品交交接，或或配合人人的動作作而握手手，而且且能夠朝朝著手被被牽引的的方向邁邁步等，實實現(xiàn)了與與人相配配合的動動作。 主要數(shù)據(jù) 1、奔跑速速度3km/hh(跳躍躍時間 0.005秒)2、普通步步行速度度2.5kmm/h（原原來為11.6kkm/hh）3、身高130cmm（原來來為1220cmm）4、體重54kg（原原來為552kgg）5、活動時時間1小時（原原來為330分鐘鐘）6、關節(jié)自自由度34度（原原來為226度）腰部旋轉關節(jié)：奔跑或步行時，通過手腕部位的擺動，以及腰部積極地旋轉，消除腳部擺動所產生的反作用力，從而提高步行速度。 手腕彎曲關節(jié)：在手腕部位再增加2個軸，使手腕能夠柔軟、靈活地活動拇指關節(jié)：原來使用1個馬達驅動5個手指，為了使拇指能夠獨立活動，再增加1個馬達，使得ASIMO能夠拿各種各樣的東西。頭部關節(jié)：在頭部關節(jié)部位再增加1個軸，以增加頭部的表達能力。關于新姿姿勢控制制技術 在實現(xiàn)現(xiàn)機器人人的奔跑跑方面，面面臨著22大課題題。一個個是正確確地