18新利最新登入ASIMO如何工作

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本田的ASIMO机器人。查看更多 机器人图片

想要一个机器人为你做饭、做作业、打扫房间或拿杂货吗?机器人已经做了很多我们人类不想做,不能做,或者根本不能像我们的机器人同伴那样做的工作。在世界各地的工厂里,没有实体的机械臂组装汽车,把糖果小心翼翼地放进盒子里,做各种乏味的工作。市场上甚至有少数机器人的唯一工作就是用吸尘器吸地板或者修剪草坪。

机器人图像廊

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我们很多人都是看着电视和电影里的机器人长大的罗西《杰森一家》(Jetsons)的机器人管家;数据《星际迷航:下一代》(Star Trek: the Next Generation)中的机器人机组人员;当然,C3PO,来自《星球大战》。如今被创造出来的机器人并不完全属于数据或C3PO领域,但它们的技术已经取得了一些惊人的进步。本田的工程师们一直在忙着创造阿西莫机器人的用途20年.在本文中,我们将了解是什么使ASIMO成为迄今为止最先进的类人机器人。

本田汽车公司开发了ASIMO, ASIMO代表创新移动性的先进一步,是世界上最先进的类人机器人。根据ASIMO的网站,ASIMO是世界上第一个可以独立行走而且爬楼梯

除了ASIMO能像我们一样走路外,它还能理解预先编程的手势和口头命令识别声音和面孔而且与IC通信卡接口.ASIMO有手臂和手,所以它可以做一些事情,比如开灯开关、开门、搬运物品和推车。

而不是制造一个机器人将是另一个玩具,本田想创造一个机器人将是一个助手对于人类来说,机器人可以在家里帮忙,帮助老人,或者帮助那些被困在轮椅或床上的人。ASIMO高4英尺3英寸(1.3米),这个高度正好可以和坐在椅子上的人对视。这使得ASIMO可以在不太庞大和具有威胁性的情况下完成创建时的工作。通常被称为看起来像一个“穿着衣服的孩子”宇航服ASIMO友好的外观和不具威胁性的尺寸很好地满足了本田在创造它时的目标。

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阿西莫只有4英尺3英寸高

ASIMO也可以做这样的工作危险的对人类来说,比如进入危险地区,拆除炸弹,或灭火。

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ASIMO的动作:像人类一样走路

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ASIMO的生理学是模仿人类生理学而开发的。

本田的研究人员开始研究昆虫、哺乳动物的腿和动物的运动登山者用假肢来更好地理解我们走路时发生的生理和所有事情,尤其是关节。例如,事实上我们改变我们的重心使用我们的身体,特别是我们的手臂来保持平衡,这对于使ASIMO的行走机制正确是非常重要的。事实上,我们已经做到了脚趾帮助我们保持平衡的因素也被考虑在内:实际上,ASIMO的脚上有柔软的突出部分,其作用与我们走路时脚趾的作用类似。这种柔软的材料吸收的影响在关节上,就像我们走路时的软组织一样。

阿西莫有臀部,膝盖和脚关节.机器人的关节研究人员称之为“自由度“单一自由度允许左右或上下运动。”阿西莫有34个自由度分散在它身体的不同部位,让它可以自由移动。ASIMO的颈部有三个自由度,每只手臂有七个自由度,每条腿有六个自由度。ASIMO的腿所需的自由度是通过测量人类在平地上行走、爬楼梯和跑步时的关节运动来确定的。

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ASIMO也有一个速度传感器和一个陀螺仪传感器安装在它的身体上。它们执行以下任务:

  • 感应ASIMO身体的位置和移动速度
  • 将平衡调整中继到中央计算机

这些传感器的工作原理与我们的内耳它们保持平衡和方向的方式。

ASIMO也有地板表面传感器在它的脚和六个超声波传感器在它的中部。这些传感器通过检测ASIMO周围的物体,并将收集到的信息与存储在ASIMO内存中的区域地图进行比较,增强了ASIMO与环境交互的能力。18luck手机登录

我们要完成这项工作肌肉以及皮肤在感知肌肉力量、压力和关节角度方面的功能,ASIMO两者都具备关节角传感器和一个六轴力传感器

除非你对机器人很了解,否则你可能无法完全理解ASIMO像我们一样走路这一不可思议的里程碑。ASIMO行走中最重要的部分是将功能.ASIMO不需要像人类一样,不停地移动,不停地移动,不停地移动到一个新的方向,它可以像人类一样倾斜和平稳地转弯。ASIMO还可以在摔倒、被推或遇到其他改变正常行走的事情时自我调整步伐。

为了实现这一目标,ASIMO的工程师们必须找到一种与惯性力行走时创建。例如,地球引力产生一个力,你走路的速度也产生一个力。这两种力称为“总惯性力”。还有当你的脚与地面接触时产生的力,称为“地面反作用力”。这些力量必须相互平衡,姿势也必须发挥作用。这叫做"零力矩点”(ZMP)。

为了控制ASIMO的姿态,工程师们在三个方面进行了控制:

  • 地板反应控制意味着脚底吸收地板的不均匀,同时仍然保持坚定的立场。
  • 目标ZMP控制这意味着当ASIMO站不稳,身体开始向前坠落时,它会通过向即将坠落的相反方向移动上半身来保持位置。与此同时,它会加快行走速度以迅速平衡下落。
  • 植脚位置控制当目标ZMP控制被激活时开始生效。它调整步长,以恢复身体的位置和速度与步长之间的正确关系。

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ASIMO的运动:平滑移动

ASIMO可以感知下落的运动并迅速做出反应;但ASIMO的工程师想要更多。他们想让机器人有一个光滑的步态还能做一些其他机器人做不到的事情不停地转弯

当我们绕过拐角时,我们将重心转向转弯。ASIMO使用一种名为“预测运动控制它也被称为本田的智能实时灵活步行技术(I-Walk),以实现同样的功能。ASIMO预测它的重心应该向弯18新利最新登入内移动多少,以及这种转移应该保持多长时间。因为这项技术适用于实时在美国,ASIMO可以在每一步之间不停顿地完成这项工作,而其他机器人必须这样做。

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从本质上讲,ASIMO每走一步,都必须确定自身的惯性,然后预测下一步需要如何转移自身的重量,才能平稳地行走和转弯。18新利最新登入为了保持正确的位置,它会调整以下任何一个因素:

  • 台阶的长度
  • 它的体位
  • 它的速度
  • 它前进的方向

虽然重现类似人类的行走是一项惊人的成就,但ASIMO现在可以以每小时3.7英里(6公里/小时)的速度奔跑。为了成为一个真正的跑步机器人,ASIMO必须在每一步中双脚离开地面瞬间。ASIMO在奔跑时每走一步就能在空中停留0.08秒。

本田工程师在尝试赋予ASIMO运行能力的过程中遇到了一系列全新的挑战。他们给了ASIMO的躯干一定的自由度,以帮助它弯曲和扭转,这样机器人就可以在空中调整姿势。如果没有这种能力,ASIMO将在空中失去控制,可能会在空中旋转或着陆时绊倒。

为了在行驶过程中顺利转弯,工程师们增强了ASIMO在转弯内倾斜重心的能力,以保持平衡并抵消离心力。ASIMO甚至可以预测转弯,并在转弯前开始倾斜,就像你在滑雪或滑冰一样。

在下一节中,我们将了解ASIMO如何能够识别图像并感知其环境。18新利最新登入

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阿西莫的感觉

在机器人技术中,视觉是一种捕获的图像,它是基于编程来解释的模板.在制造环境中,机器人手臂制造汽车或机器人检查微观连接半导体芯片你在处理一个受控的环境。灯光总是一样的,角度总是一样的,能看懂的东西是有限的。然而,在真实的(非结构化的)世界中,需要观察和理解的事物的数量大大增加。18新利最新登入

一个人形机器人在执行工作时必须在家庭、建筑物或室外导航,必须能够理解它“看到”的许多物体。阴影,奇怪的角度和运动必须是可以理解的。例如,要自行进入未知区域,机器人必须实时检测和识别物体,选择颜色、形状和边缘等特征,与它所了解的物体或环境数据库进行比较。机器人的“内存”中可能有数千个对象。

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ASIMO的视觉系统由两个基本部件组成摄像机眼睛,位于头部。阿西莫用立体视觉一个专有的视觉算法这让它能够看到、识别和避免撞到物体,即使它们的方向和光线与它的内存数据库中的不一样。这些摄像头可以探测多个物体,确定距离,感知运动,识别编程面部,甚至解释手部运动。例如,当你以“停止”的姿势向ASIMO举起手时,ASIMO就会停止。的面部识别功能允许ASIMO问候“熟悉”的人。

ASIMO可以通过解释头部摄像头捕捉到的图像来识别运动中的物体。它可以评估一个移动物体的距离和方向,这使得ASIMO可以跟随一个人,停止自己的进程,让一个移动物体穿过它的路径,或者在你接近时向你打招呼。

摄像头还将ASIMO所看到的信息传递给ASIMO的控制器。这样,如果你从一个个人电脑,你可以看到ASIMO所看到的。

除了头部的摄像头外,ASIMO还有几个传感器,可以帮助它在环境中机动,并与物体和人互动。地板表面传感器使ASIMO能够检测到地板上的物体和变化。超声波传感器通过探测周围物体来帮助ASIMO定位。传感器帮助ASIMO解决内存中预先编程的区域内部地图与实际环境之间的差异。

在某种程度上,ASIMO甚至还有触觉。ASIMO手腕上的力传感器可以让ASIMO判断在拿起托盘、递给你文件或握手时应该用多大的力。18新利最新登入ASIMO可以将摄像头和力传感器收集到的18luck手机登录信息整合在一起,与人手牵手时同步移动。在推推车时,ASIMO的力传感器帮助机器人调整推车所需的力(例如,如果传感器检测到倾斜,ASIMO可以用更大的力推推车)。

ASIMO感知环境的另一种方式是使用IC通信卡。IC卡使用红外信号来接收和传输信息。18luck手机登录如果你持有一张写有你个人信息的IC卡,即使你不在摄像头的视线范围内18luck手机登录,ASIMO也能检测到你的存在。这些卡片增强了ASIMO与他人互动的能力。例如,如果你要访问本田的办公室,并收到一张IC卡作为访客通行证,ASIMO会在电子读取卡上的编码信息后,向你打招呼并指引你到正确的房间。18luck手机登录

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控制和驱动ASIMO

ASIMO不是一个自主机器人。它不能进入一个房间,自己决定如何导航。18新利最新登入ASIMO要么必须被编程,在特定区域做特定的工作,要么必须由人类手动控制。

ASIMO有四种控制方式:

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  • 无线控制器(有点像一个操纵杆
  • 手势
  • 语音命令

使用802.11无线技术以及笔记本电脑或台式电脑,你可以控制ASIMO,也可以通过摄像头看到ASIMO看到的东西。ASIMO还可以使用个人电脑连接上网,为您检索天气预报和新闻等信息。18luck手机登录

无线操纵杆控制器操作ASIMO的动作,就像你操作摇杆一样遥控车.你可以让ASIMO向前、向后、向侧面、对角线、原地转弯、绕着角落走或绕着圈子跑。通过远程控制让ASIMO移动可能看起来不那么先进,但ASIMO确实有能力做到这一点自我调整步数.如果你让它向前走,遇到斜坡或某种障碍,ASIMO会自动调整它的步伐以适应地形。

ASIMO可以识别多种手势和身体姿势并做出反应,允许用户非语言地指挥ASIMO。例如,你可以指向一个你想让ASIMO走向的特定地点,它就会跟着你走。如果你向ASIMO招手,它也会回应你招手。它甚至能识别出你什么时候想和它握手。

ASIMO可以理解并执行简单的预先编程的口头命令。它的内存中可以输入的命令数量几乎是无限的。你还可以在程序中登记你的声音,让ASIMO更容易识别你。

除了控制ASIMO移动的语音命令外,还有一些语音命令,ASIMO可以口头回应。这一功能使得ASIMO可以充当接待员,接待访客并回答问题。

像机器人领域的大多数其他技术一样,ASIMO是由伺服电机.它们很小,但很强大汽车带有一种旋转轴,可根据控制器的指示将四肢或表面移动到特定的角度。一旦马达转到合适的角度,它就会关闭,直到收到再次转动的指令。例如,伺服系统可以控制机器人手臂关节的角度,使其保持在正确的角度,直到需要移动,然后控制该移动。伺服系统使用高效率的设备(也称为数字解码器),以确保电机的轴处于正确的位置。它们通常使用与所承载的机械负荷成比例的功率。例如,一个轻负载的伺服系统不会消耗太多的能量。

阿西莫有34个伺服电机在它的身体,移动它的躯干,手臂,手,腿,脚,脚踝和其他活动部位。ASIMO管理一系列伺服电机来控制各种运动。

ASIMO由一个可充电的,51.8伏特锂离子电池持续到一个小时一次充电。电池储存在ASIMO的背包重量大约是13磅.ASIMO的电池需要三个小时因此,如果你需要ASIMO长时间运行,第二块(或第三块)电池是至关重要的。用户可以在ASIMO上通过电源连接给电池充电,也可以卸下背包单独充电。

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阿西莫的人生故事

本田于1986年开始开发其人形助手机器人。本田的工程师知道机器人必须能够轻松地在房子或建筑物周围导航,这意味着行走技术必须完美。因此,他们最初的尝试基本上是带腿的盒子。一旦行走机构基本发展,手臂,手,最后一个头。

ASIMO时间轴

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  • 1986年静止行走本田制造的第一个机器人被称为EO.EO走得很慢,有时走一步要花20秒。这是因为EO进行了所谓的“静态行走”。在静态行走中,当机器人开始向前移动一只脚后,它必须等到它的重量在这只脚上平衡后,才开始向前移动另一只脚。人类不会那样走路,所以研究还在继续。
  • 1987 -动感行走到目前为止,工程师们已经开发出一种“动态行走”的方法,这更像人类。有了这种行走技术,机器人(现在被称为原型E1,不久之后E2而且E3随着研究的进展)向下一步倾斜,转移重心,将另一只脚向前移动以抓住自己,这样它就不会向前跌倒,而是向前走。
  • 1991年,像专业人士一样走路在原型E4E5而且E6在美国,本田的工程师完善了行走机制,使机器人可以轻松地在斜坡上、楼梯上和不平坦的地形上行走。因为真正像人一样行走实际上需要使用身体、手臂和头部,工程师们不得不继续下一步,添加身体的其余部分。
  • 1993年,一个更像人类的机器人有了身体、手臂、手和头,下一代原型机(P1P2而且P3)看起来更像一个“人形生物”。P1身高18新利最新登入6英尺2英寸(188厘米),体重386磅(175公斤)。P2在高度上稍微缩小了一些,但重量却更重了463磅(210公斤)——这可不是你想在厨房里踩到的东西。18新利最新登入然而,它可以在不平坦的表面、斜坡上走得很好,甚至可以抓住物体和推车。P2甚至可以在被推时保持平衡。最后,P3被建造在一个更舒适(也不那么可怕)的5英尺2英寸(157厘米)高的地方。重287磅(130公斤)的P3比它的前辈走得更快、更平稳。
  • 1997年——阿西莫对行走系统进行了更多的改进,使ASIMO能够在几乎任何环境中优雅而轻松地行走。复杂的髋关节使ASIMO能够平稳地转弯,而其他机器人则必须停下来并拖着步子才能做到这一点。在考虑如何使用ASIMO时,工程师们18新利最新登入决定将ASIMO的尺寸进一步缩小到4英尺(122厘米),这样不仅不会对坐着(或站着)的人造成威胁,而且还会让人感到舒适视平线.这个高度也使ASIMO可以在桌子高度或电脑前工作,够到电灯开关和转动门把手。ASIMO非常结实,但重量很轻车身被塑料“皮肤”覆盖,重仅115磅(52公斤)。技术叫做"预测运动控制使ASIMO能够自动预测它的下一个动作,并改变它的重心来转弯。ASIMO的步幅还可以实时调整,使其走得更快或更慢。P2和P3必须使用设定好的走路模式。
  • 2005年——更好、更快、更强工程师们进一步改进了ASIMO的运动系统,将其行走速度从每小时2.5公里提高到2.7公里,并使ASIMO能够以每小时6公里的速度奔跑。本田将ASIMO的高度增加到4英尺3英寸(130厘米),机器人的重量也增加了一些,体重达到119磅。工程师们把ASIMO的电源换成了锂电池这使得充电前的工作时间增加了一倍。他们还实施了集成电路的交流卡片技术,帮助ASIMO与人互动。新的传感器使ASIMO能够在手牵着手的同时与人同步移动。

阿西莫的同行

照片礼貌

除了ASIMO,还有其他一些相当复杂的类人机器人,它们似乎在做很多相同的事情。他们中的大多数都是建立在一个很多规模较小更多的是为了娱乐比服务。目前,ASIMO在技术方面最大的竞争似乎是:

世界各地的医院也使用了几种不同的机器人,它们可以在走廊上导航并采取行动电梯为了传递病人记录,x射线医院里到处都是药品和其他东西它们在轮子上移动,按照医院的布局编程,或者识别并遵循墙上的标记和条形码。

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自20世纪60年代以来,机器人已经在许多领域得到应用。随着计算机处理器的功能越来越强大,机器人技术也在向新的领域扩展,用不了多久,我们就会有一个“罗西”来做饭和打扫房间。

有关ASIMO和其18luck手机登录他机器人的更多信息,以及使类人机器人成为可能的技术进步,请查看下一页的链接。

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更多优质链接

  • 阿西莫http://asimo.honda.com
  • “ASIMO在布拉格。”Robotika。2003年8月26日。http://robotika.cz/articles/asimo/en
  • ASIMO技术手册:本田汽车公司http://asimo.honda.com/downloads/pdf/asimo-technical-information.pdf18luck手机登录
  • D'Aluisio, Faith和Peter Menzel。《新物种的进化:智人》麻省理工学院出版社,2000年。
  • “医院的搬运工都变成机器人了。”瘾科技,2004年6月24日。http://robots.engadget.com
  • Kageyma,尤里。“本田设计了一种大脑信号控制机器人的方法。”《今日美国》2006年5月24日http://www.usatoday.com/tech/news/robotics/ 2006-05-24 robot-brain_x.htm
  • 麻省理工学院人工智能实验室http://www.ai.mit.edu
  • 美国宇航局:机器人教育项目http://robotics.nasa.gov
  • “服务机器人的新时代:从灭火到倒啤酒。”2002年11月20日,宾夕法尼亚大学沃顿商学院。
  • 专利# 6016962:IC通信卡。美国专利和商标局。http://www.uspto.gov
  • 机器人名人堂http://www.robothalloffame.org
  • 机器人在线http://www.roboticsonline.com
  • 舒尔特,布雷特·。《阿西莫:本田新款紧凑型轿车和平而来:它不是人类最好的朋友,但也不是终结者》华盛顿邮报,2002年8月3日。
  • 创新科技博物馆http://www.thetech.org/robotics
  • TrueForce:机器人历史时间轴http://trueforce.com/Articles/Robot_History.htm
  • “了解计算机:机器人”。时代生活图书,1986年。
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