| 词条 | 仿人机器人 |
| 释义 | § 基本介绍 仿人机器人 仿人机器人是指具有两手、两足、头部和躯干等人类外形特征，能用双足进行移动和其它类人功能的人形机器人。从上个世纪70年代起，研究人员开始对双足步行机器人进行研究，至上个世纪90年代前后，仿人机器人的研究取得标志性的成果，从一般性的拟人行走发展到全方位的拟人。 仿人机器人研究的目的是研究一种能与人和谐共处的类人形机器人，它能在人类现实环境中代替人进行工作，成为人们工作、交流的伙伴。 不管机器人在外表上与人类如何相似，一旦揭去它们的外衣，你所能看到的不过是一堆堆杂乱的电线，与我们的体内环境毫无相似之处可言。欧洲的一组科学家正致力于缩小机器人与人类之间的这种差距。他们研制的防人机器人原型能够高度模拟人类的身体结构。在这种仿人机器人体内，有一副由热塑性聚合物打造的骨架，与每一块肌肉相对应的传动装置以及类似肌腱的线路。欧洲科学家的目标是研制出与人类更为接近的机器人，能够像人类一样与环境发生相互作用并作出反应。[1] § 研究重点 仿人机器人 仿人机器人要能够理解，适应环境，精确灵活地进行作业，高性能传感器的开发必不可少。传感器是机器人获得智能的重要手段，如何组合传感器摄取的信息，并有效地加以运用，是基于传感器控制的基础，也是实现机器人自治的先决条件。仿人机器人仿人机器人研究在很多方面已经取得了突破，如关键机械单元，基本行走能力，整体运动，动态视觉等，但是离我们理想中的要求还相去甚远，还需要在仿人机器人的思维和学习能力，与环境的交互，躯体结构和四肢运动，体系结构等方面进行更进一步的研究。 · 思维和学习能力 现有仿人机器人系统的主要缺陷是对环境的适应性和学习能力的不足。机器的智能来源于与外界环境的相互作用，同时也反映在对作业的独立完成度上。机器人学习控制技术是实现仿人机器人在结构和非结构环境下实现智能化控制的一项重要技术。但是由于受到传感器噪音，随机运动，在线学习方式以及训练时间的限制，学习控制的实时性还不能令人满意。仍需要研究和开发新的学习算法，学习方式，以不断完善学习控制理论和相应的评价理论。目前针对机器人学习控制的研究，大都停留在试验室仿真的水平上。 · 与环境的交互 仿人机器人与环境相互影响的能力依赖于其富于表现力的交流能力，如肢体语言(包括面部表情)，思维和意识的交互。目前，机器人与人的交流仅限于固定的几个词句和简单的行为方式，其主要原因是： 1)大多仿人机器人的信息输入传感器是单模型的； 2)部分应用多模型传感器的系统没有采用对话的交流方式； 3)对输入信息的采集仅限于固定的位置，比如图像信息，照相机往往没有多维视角，信息的深度和广度都难以保证，准确性下降。 躯体结构和四肢运动 毫无疑问，仿人机器人行动的多样性，通用性和必要的柔性是“智能”实现的首要因素。它是保证仿人机器人可塑性和与人交流的前提。仿人机器人的结构则决定了它能不能为人所接受，而且也是它像不像人的关键。仿人机器人必须拥有类似人类上肢的两条机械臂，并在臂的末端有两指或多指手部。这样不仅可以满足一般的机器人操作需求，而且可以实现双臂协调控制和手指控制以实现更为复杂的操作。仿人机器人要具有完成复杂任务所需要的的感知活动，还要在已经完成过的任务重复出现时要像条件反射一样自然流畅地作出反应。 体系结构 仿人机器人的体系结构是定义机器人系统各组成部分之间相互关系和功能分配，确定单台机器人或多个机器人系统的信息流通关系和逻辑的计算结构。也就是仿人机器人信息处理和控制系统的总体结构。如果说机器人的自治能力是仿人机器人的设计目标，那么体系结构的设计就是实现这一目标的手段。现在仿人机器人的研究系统追求的是采用某种思想和技术，从而实现某种功能或达到某种水平。 所以其体系结构各有不同，往往就事论事。解决体系结构中的各种问题，并提出具有一定普遍指导意义的结构思想无疑具有重要的理论和实际价值，这是摆在研究人员面前的一项长期而艰巨的任务。 § 用途 仿人机器人 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，代替人类完成各种作业，并可以在很多方面扩展人类的能力，在服务，医疗，教育，娱乐等多个领域得到广泛应用。 服务 21世纪人类将进入老龄化社会，发展仿人机器人能弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭服务，医疗等社会问题。仿人机器人可以与人友好相处，能够很好地担任陪伴，照顾，护理老人和病人的角色，以及从事日常生活中的服务工作，因此家庭服务行业的仿人机器人应用必将形成新的产业和新的市场。 医疗 在医疗领域，仿人机器人可以用于假肢和器官移植，用仿人机器人技术可以做成动力型假肢，协助瘫痪病人实现行走的梦想。然而，我们现在还几乎看不到以控制论开发出的生物体与人体完美的结合，因此，这方面还需要更进一步的研究和探索。 教育 一般来讲仿人机器人在教育领域有两种应用： 1)学生通过制作仿人机器人来实践机械结构和复杂控制软件模块的设计。 2)学生用仿人机器人进行实验来增强动手能力和解决新问题的能力。 娱乐 仿人形机器人可以用来在展览会上做广告，它很吸引人的注意，因为它在外形上更接近人类，所以更能引起人的兴趣。另外，它还可以用于家庭娱乐。 结论 仿人机器人是能够与人相互影响的最理想的机器人，因为它的外形像人，它的思维方式和行为方式也将越来越接近人。仿人机器人能够通过与环境的交互不断获得新知识，而且还能用它的设计者根本想象不到的方式去完成各种任务，它会自己适应非结构化的，动态的环境。在人类的历史中，曾经因为我们制造机器的局限性，使得我们不得不去适应机器，而现在我们要让机器来适应我们，仿人机器人是完成这一梦想的最好机会。 § 应用前景 仿人机器人 仿人机器人具有重要的潜在应用前景、社会和经济效益，对放人机器人进行研究对于机器人相关技术的突破具有积极的促进作用。 一方面，仿人机器人与其它机器人相比，对人类生存环境和人类使用的工具有更好的适应性，更易与人相处。使用仿人机器人不需要专门为了机器人能够协助人类活动和作业，对人类已经习惯的了的生活、工作环境和工具进行大规模改造，从而也就避免了机器人和人类难以直接共处的局面，也节省了对环境改造的经济成本。 另一方面，仿人机器人是集机械、电子、材料、计算机、传感和控制技术、人工智能、仿生等多学科于一体的综合性平台，其关键技术的研究成果对国民经济诸多领域起着重要的推动作用。仿人机器人是真正意义或狭义的“机器人”，其研究成果和水平是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。 § 研发历史 仿人机器人 被誉为“世界仿人机器人之父”的日本早稻田大学加藤一郎教授在1973年试制成功了世界上第一台两足步行机器人，命名为WOBAT-1。虽然它只能完成极慢的静态步行，但它是世界上首个实现了两足步行的机器人。 1996年，日本本田技研公司向世人首次展示了该公司秘密研制10年之久的仿人机器人P2。从外形看，P2很接近人的模样。P2不但能够完成转弯、前进、后退、侧行等动作，而且还能上下高0.2米、宽0.22米的台阶，爬上1:10的斜坡，跨越台阶和高0.15米、长0.15米的障碍物。随后，本田公司于1997年9月完成了仿人机器P3的研制，P3共有28个自由度，除具有P2的所有功能外，其手脚的协调能力进一步加强，行走的步履更加自然，步幅也更大，其时速可达4.5公里/小时。紧接着，本田公司又推出了小型化的仿人机器人ASIMO，ASIMO已初步具备了人类外形特征和在确定环境中步行与基本操作的能力，它不仅能识别人的面容和声音，还能够识别出人的动作和姿势，并跟踪人的手势，功能更加完善。 1998年4月，日本通商产业省启动“仿人机器人工程”国家项目，图1-6为通商产业省研制的能搬运物体的仿人机器人HRP-2[42]，该仿人机器人能够实现各种灵活的运动，能够跨越障碍物，并且能够从地面搬起物体等 与此同时，SONY公司、丰田公司、日本东京大学、美国麻省理工学院、德国慕尼黑工业大学、韩国都在进行仿人机器人的研制。 中国在仿人机器人的研究方面起步较晚，国防科技大学、哈尔滨工业大学是国内研究仿人机器人起步较早的单位。近年来，清华大学、上海交通大学、上海大学、中科院沈阳自动化所等都在开展这方面的研究，并已取得阶段性的成果。其中，北京理工大学研制于2002年和2005年分别研制出第一代仿人机器人BHR-1和第二代仿人机器人BHR-2（汇童）为杰出代表，目前正在进行第三代仿人机器人BHR-3的研制。 中国政府也逐渐开始关注这个领域。由北京理工大学牵头、多个单位参加历经三年攻关打造的仿人机器人名叫“汇童”(如图），它们主要来自于科技部“十五”863计划和科工委基础研究重点项目的资助。据主要研制者黄强教授介绍，通过短短几年技术攻关，我国已掌握了集机构、控制、传感器、电源于一体的高度集成技术，研制出具有视觉、语音对话、力觉、平衡觉等功能的仿人机器人，具有自主知识产权；而且“汇童”在国际上首次实现了模仿太极拳、刀术等人类复杂动作，是在仿人机器人复杂动作设计与控制技术上的突破。 仿人机器人不仅是一个国家高科技综合水平的重要标志，也在人类生产、生活中有着广泛的用途。由于仿人机器人具有人类的外观特征，因而可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业。它不仅可以在有辐射、粉尘、有毒的环境中代替人们作业，而且可以在康复医学上形成动力型假肢，协助瘫痪病人实现行走的梦想。将来它可以在医疗、生物技术、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输、农林水产等多个领域得到广泛应用。目前，我国仿人机器人研究与世界先进水平相比还有差距。我国科技工作者正在为赶超世界先进水平而努力奋斗。 |
| 随便看 |
百科全书收录594082条中文百科知识，基本涵盖了大多数领域的百科知识，是一部内容开放、自由的电子版百科全书。