90年代以来,随着微电子、计算机技术的迅猛发展,仿人机器人的研制工作有了突破性的发展。1996年本田公司推出的P2机器人[37][38]是仿人机器人研究的新纪元,实际上从WABOT-2推出一年之后,本田公司就开始秘密进行研究,期间推出了E0-E6仿人机器人,图1.2给出了本田公司仿人机器人研究的整个发展历程。其中,P2高180cm,重210kg,自带电源,并综合采用了踝关节力矩控制、模型ZMP控制和落地位置控制技术,实现了稳定的步行运动。之后,本田公司又于1997年推出了P3,2000年推出了ASIMO,ASIMO高120cm,重52kg,步速0~1.6km/h,采用i-walk技术(Intelligent Real-time Flexible Walking),实现了步行过程中的拐弯。以实现与人类共存、和谐的新文化为目标,本田公司于2004年发布了新一代的ASIMO仿人机器人,实现了跑步动作,并用于办公室环境中的作业和配合人类完成部分工作[38][39]。本田公司的仿人机器人样机研制无疑代表了当今世界上的最高水平。日本经济产业省从1998开始组织实施 “与人和谐共处的机器人系统研究开发”的HRP(Humanoid Robotics Project)计划[40-43],旨在探索仿人机器人在人类生活环境中的应用研究,其目标是在2010年实现仿人机器人能在日常环境的地面中行走,能上下楼梯和爬梯子,跨越障碍物,穿越狭窄空间以及操作物体等。HRP-2于2002年推出,高1.54m,重58kg,配置30个自由度,可实现0~2km/h的行走速度,并针对该机器人开展了仿人机器人全身运动规划和机器人摔倒与爬起的控制技术研究[6]。2009年3月推出的HRP-4C[43]“美女机器人”高1.58m,重43kg,配置30个自由度,除了实现稳定的行走外,更具有丰富的表情动作,并有望作为服务型机器人成为一个产业。早稻田大学于1996年成功研制出仿人机器人WABIAN,实现了与人跳舞和动态货物搬动作业,2006年完成的WABIAN-2R高1.5m,重64kg,配置脚趾关节,用于自然类人步态的实现和复杂非结构路面的行走[44-47]。1994年秋,法国四家研究机构启动联合研制机器人计划,并与2000年推出了BIP2000[48],该机器人高1.7m,重100kg,除此之外,该课题组在仿人机器人理论研究方面成绩显著,涉及了姿态稳定性[49-52]、被动行走的极限环[53-55]、步态优化方法[56-61]和分层控制[62]等。2003年,德国慕尼黑工业大学成功研制了仿人机器人Johnnie[63-65],该机器人高1.8m,重40kg,具有30个自由度,可实现2.2km/h的行走,并针对该机器人开展了复杂环境下的视觉导航和基于视觉的行走策略研究[66-69]。此外,日本东京大学的H7[70-73]、UT-THETA[74][75],日本索尼公司的QRIO[76-78],西班牙Pal Robotics公司的REEM-B[79],韩国仿人机器人研究中心的KHR系列[80-83]等也都是该时期仿人机器人研究的典型代表。
主要参考文献:
[1] 石宗英. 双足机器人步态规划与分散鲁棒跟踪控制研究[博士学位论文]. 北京: 清华大学, 2005.
[2] 付成龙. 平面双足机器人的截面映射稳定性判据与应用[博士学位论文]. 北京: 清华大学, 2006.
[3] 伊强. 仿人机器人3D步态规划与基于传感反射的步行控制研究[博士学位论文]. 北京: 清华大学, 2009.
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