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第48章 仿人形机器人

第五章第五节仿人形机器人

2000年11月29日,中央电视台《新闻联播》报道:我国首台类人型机器人研制成功。11月30

日,全国各大报都在显著位置发表了这一消息。许多人问:何为仿人型机器人?仿

人型机器人的问世标志了什么?世界及中国仿人型机器人发展到什么水平?

很多的机器人并不像人,有的甚至没有一点人的模样,这一点使很多机器人爱好者大失所望

,很多人问为什么科学家不研制像人一样的机器人呢?其实,科学家和爱好者的心情是一样

的,一直致力于研制出有人类外观特征、可模拟人类行走与其基本操作功能的机器人。

由于仿人型机器人集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体,是

一个国家高科技实力和发展水平的重要标志,因此,世界发达国家都不惜投入巨资进行开发

研究。美、日、英等国都在研制仿人形机器人方面做了大量的工作,并已取得突破性的进展

。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形机器人P3,美国麻省理工学院研制出了仿人形机

器人科戈(COG),德国和澳洲共同研制出了装有52个汽缸、身高2米、体重150公斤的大型

机器人。本田公司最新开发的新型机器人“阿西莫”,身高120厘米,体重43公斤,它的走

路方式更加接近人。我国也在这方面作了很多工作,国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出

了双足步行机器人,北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学研制出了多指灵巧

手等。

 日本的仿人形机器人

本田公司是日本主要生产跑车和轿车的公司之一。本田公司投入巨资,经过10多年的开

发,终于研制出了在世界上居领先地位的双足步行机器人——P3。P3通过它的身体的重力感

应器和脚底的触觉传感器把地面的状况送回电脑,电脑则根据路面情况做出判断,进而平衡

身体,稳定地前后左右行走。它不仅能走平路,还可以走台阶和倾斜的路。它站立稳定,推

不倒,脚底不平也能保持身体的直立姿态。

据介绍,本田公司按研制时间先后,把双足步行机器人分别命名为P1、P2、P3等。P3的

高度为160cm,体重130公斤。被称为二哥的机器人P2身高1.80米,体重120公斤,长的笨头

笨脑,但行动起来与灵活的“小三”相比毫不逊色。P2表演了上台阶这一高难动作,它走的

极为平稳,一步一个台阶,令人赞叹不已。随后P2又表演了用扳手拧螺丝。P2机器人退场后

,P3机器人出场与贵宾挥手告别:“表演到此结束,再次感谢李鹏总理的光临!”

本田公司最近又推出一种新型智能机器人“阿西莫”(ASIMO)。与1977年诞生的P3相

比,它具有体型小、质量轻、动作紧凑轻柔的特点。阿西莫身高120cm,体重43公斤,更适

合于家庭操作和自然行走。本田公司总裁吉野浩行在产品发布会上说:“将来我们还会使机

器人具有更好的视觉、听觉等识别能力,提高它们的自主性。”他还说:“如果通过卫星网

络来控制,它就是另外一个‘你’,可以使用者的身份做许多事情。”

 “科戈”机器人

出生于澳大利亚的罗德尼·布鲁克斯,是美国麻省理工学院人工智能实验室的教授。他喜欢

离经叛道,从不相信传统的成规。从20世纪80年代起,他就反对机器人必须先会思考,

才能做事的信条。为了证实自己的观点,他研制出了一系列异型机器人。这些机器人没有思

考能力,但却无所不能,比如能偷桌上的苏打罐,能穿越四周发烫的地面等。他的成功使他

成为机器人界最有争议的人物。

布鲁克斯认为,智能并不像假想的那样来自抽象思维,而是通过与外界接触学习之后做

出的反应。只要机器人与其周围的环境进行复杂的相互作用,智能最终一定会出现。

最初他的计划是先从昆虫机器人做起,逐步向模仿高级动物发展,最后才是人形机器人。布

鲁克斯认为,只有人形机器人才能说明他的理论也适合于高级智能,于是他决定要制造出自

己的人工智能型高级机器人,即现在的科戈机器人。

目前“科戈”的研制工作正在进行。“科戈”本身是非常复杂的,要它能通过与外界的

联系获取知识,就必须尽可能地模仿人类,例如它的臂必须像人类那样具有柔顺性。

怎样才能把“科戈”变成一个真正的人形机器人,目前实现的目标尚不太明确。布鲁克

斯和他的同事们正在借鉴幼儿的发育过程,使“科戈”由简到难,逐步学会各种本领,直到

听说能力。

“科戈”机器人的大脑是由16个摩托罗拉68332芯片构成的,“科戈”的大脑放在与之

相邻的室内,通过电缆与之相连。“科戈”最多可用250个摩托罗拉芯片。布鲁克斯准备用

数字信号处理器取代部分这种芯片,用以完成特殊任务。“科戈”的大脑与人类的大脑一样

,能同时处理多项任务。尽管计算机的能力给人们留下了深刻的印象,但是如果“科戈”能

达到两岁儿童的智力,就算是成功了。现在“科戈”正在像婴儿一样利用自己的大脑学习“

看”。“科戈”的每只眼睛由一台广角照相机和一台窄视野照相机组成。每一台照相机均可

以俯仰和旋转。“科戈”首先通过广角照相机观察周围事物,然后再利用窄视野照相机近距

离仔细观察事物。“科戈”的头可以像人的头一样前后左右转动。

布鲁克斯说:“我们试图找到一种方法,让‘科戈’自己了解这个世界。”

“科戈”先学会看以后,开始学习听。这些功能要一个一个地教。为此,在“科戈”的

头上装上了麦克风和处理器。声音可以帮助“科戈”确定去看什么地方,机器人还可以对声

音进行辨别。“科戈”已经有了头和身子,但还没有皮肤、臂和手指。现在正在为“科戈”

制造第一条手臂,这只臂以全新的方式工作,每个关节都有一个弹簧,从而使“科戈”获得

了柔顺性。

 我国的仿人形机器人研究

我国在仿人形机器人方面做了大量研究,并取得了很多成果。比如长沙国防科技大学研

制成了双足步行机器人,北京航空航天大学研制成了多指灵巧手,哈尔滨工业大学、北京科

技大学也在这方面做了大量深入的工作。

双足步行机器人研究是一个很诱人的研究课题,而且难度很大。在日本开展双足步行机

器人研究已有30多年的历史,研制出了许多可以静态、动态稳定行走的双足步行机器人,上

面提到的P2、P3是其中的佼佼者。

在国家863计划、国家自然科学基金和湖南省的支持下,长沙国防科技大学于1988年2月研制

成功了六关节平面运动型双足步行机器人,随后于1990年又先后研制成功了十关节、十二关

节的空间运动型机器人系统,并实现了平地前进、后退,左右侧行,左右转弯,上下台阶,

上下斜坡和跨越障碍等人类所具备的基本行走功能。在十二关节的空间运动机构上,实现了

每秒钟两步的前进及左右动态行走功能。

经过十年攻关,国防科技大学研制成功我国第一台仿人型机器人——“先行者”,实现

了机器人技术的重大突破。“先行者”有人一样的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足,有一定

的语言功能,可以动态步行。

人类与动物相比,除了拥有理性的思维能力、准确的语言表达能力外,拥有一双灵巧的

手也是人类的骄傲。正因如此,让机器人也拥有一双灵巧的手成了许多科研人员的目标。

在张启先院士的主持下,北京航空航天大学机器人研究所于20世纪80年代末开始灵巧手的研

究与开

发,最初研究出来的BH-1型灵巧手功能相对简单,但填补了当时国内空白。在随后的几年

中又不断改进,现在的灵巧手已能灵巧地抓持和操作不同材质、不同形状的物体。它配在机

器人手臂上充当灵巧末端执行器,可扩大机器人的作业范围,完成复杂的装配、搬运等操作

。比如它可以用来抓取鸡蛋,既不会使鸡蛋掉下,也不会捏碎鸡蛋。灵巧手在航空航天、医

疗护理等方面有广阔的应用前景。

灵巧手有三个手指,每个手指有3个关节,3个手指共9个自由度,微电机放在灵巧手的

内部,各关节装有关节角度传感器,指端配有三维力传感器,采用两级分布式计算机实时控

制系统。

仿人型机器人是多门基础学科、多项高技术的集成,代表了机器人的尖端技术。因此,

仿人形机器人是当代科技的研究热点之一。仿人型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。目前,我国仿人形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努力向前,我们热切地期盼着我们自己水平更高

的、功能更强的仿人型机器人与大家见面。

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