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2018值得关注的国产仿生机器人

来源:互联网周刊(ciweekly),作者:廪实



六角蜘蛛仿生机器人HEXA:高度机动、智能化程度高

在拉斯维加斯的Defcon黑客大会上,Martin使用HEXA在3分5秒的时间内拆除炸弹,卫冕冠军。一时间,HEXA成为人们热议的对象。

HEXA是什么?

它是国产新一代可编程机器人中的第一款,是一个6脚、高度机动、紧凑的机器人,外形酷似狼蛛。配合机器人,HEXA公司还会提供MIND,一个机器人操作系统和SDK,这个系统让人们首次无需知道底层硬件、复杂的机械学习,而且还可以创造有趣的机器人功能。不仅如此,它内置加速度计、红外线传感器和720p摄像头,同时具有夜视导航模式。为了使操作简单,HEXA的基本功能(如行走)已经被设定好,用户无需再向它发出其他指令。

HEXA足够灵活和智能,并且高度机动,可以灵活地应对不同的环境和地形。HEXA的出色表现使它在美国科技新闻界备受赞誉,有媒体宣称,“它将成为机器人中的iPhone”。

类似HEXA的便是模仿生物、从事生物特点工作的仿生机器人。仿生机器人的种类有很多,功能不尽相同。例如,仿麻雀机器人可以担任环境监测的任务,具有广阔的开发前景;机器蛙腿的膝部装有弹簧,能像青蛙那样先弯起腿,再一跃而起,可帮助人类探索外太空;机器壁虎能在各种建筑物的墙面、地下和墙缝中垂直上下迅速攀爬,能够应用于搜索、救援、反恐,以及科学实验和科学考察。

仿生机器人的发展将帮助人类解决很多问题。例如二十一世纪人类进入老龄化社会,发展“仿人机器人”将弥补年轻劳动力的严重不足,解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题,并能开辟新的产业,创造新的就业机会。


蛇形机器人:可塑性强,可探索更多未知空间

由中国航天科工三院35所研发的一款蛇形机器人可“下海”为海底油气管道做检测,并且已经通过国内海上油田的实际检测,性能达到了国际先进水平。

该蛇形机器人官方名称为海底管道漏磁内检测器,可在管道内部穿梭,利用油气压力穿行,通过高精度漏磁检测技术,可以捕获并存储管道内外壁的腐蚀、缺陷信息,对缺陷点进行准确识别、精确定位。

研发人员介绍,依靠大容量数据采集、匹配处理技术,可在短时间获取数据,为管道出具一份数据全面的“体检报告”。此前,国内并没有此类产品,中国海底油气管道检测服务被国外高度垄断,存在价格高、报告数据不全面等问题,还存在能源信息隐患,而35所的该款应用于8英寸管道的蛇形机器人则打破了国外垄断,从核心技术到产品实现,均为中国制造。蛇形机器人能到很多人们无法到达的领域,帮助人们实现对未知空间的探索。


双足仿人机器人:由二十人不到两年创造的“运动脑”机器人

自上世纪六七十年代起,双足大仿人机器人的研究就已开始,并在军事及一部分工业场景中被运用。近年来,随着被Google收购Boston Dynamics ,后者的双足行走机器人Atlas 才被普通大众所关注。而在国内,虽然也有少数高校研究过,但还停留在科研阶段,鲜有考虑商业化,也给国内基于人形机器人的研究带来了种种不便。

钢铁侠科技成立于2015年,利用两年的时间研发了三代仿人机器人。与其他已经实现量产的服务机器人不同,钢铁侠重点研发大型双足仿人机器人的本体、“运动”以及核心零部件。



双足机器人在运动状态下的平衡及稳定性一直是业界的难题之一,即使在目前的DARPA机器人挑战赛中,仍有不少机器人会在碰到障碍物时摔倒。因此,商业化前景也不甚明朗。



硬件上,钢铁侠科技并没有采用Atlas的液压驱动方案,而是自研了全套的电机驱动方案。之所以选择电机驱动方案,主要是因为Atlas为代表的液压驱动方案,噪音大、功耗高,并不太适用于工业机械以外的领域。此外,Atlas的结构部分要依赖于高精度的金属3D打印机打印,很难标准化,这就意味着很难量产。为此,团队研发了高精度、无噪音的电机驱动,采用智能算法,可以智能适配多种型号的电机。


要让机器人像人一样行走,这个过程可以拆分成环境感知、步态规划、步行控制等几个环节。这其中,控制算法就是核心。钢铁侠科技采用了自研的姿态传感器、位置传感器,配合视觉、力觉等模块,可以满足机器人组合导航和步态、平衡控制的需求。同时采用了高速电机制成,行走速度可以自由调节,自带电源,可以连续工作四小时。为了提供更为通用、可靠的开发环境,团队采用了目前市面上最为普及的ROS机器人操作系统。



机器狗:逐步发展完善的四足机器人

机器狗是一个流行的通俗代号,用来泛指那些四足高平衡性机器人。2008年3月18日,波士顿动力公司发布了一段关于新一代的机械狗的录像,在这个录像当中,机械狗不仅能够穿越结冰地面,并且还能够在被侧踹之后恢复平衡。自此之后,国内外多所大学和科研机构都为这种形态的机器人付出了巨大的心血。

也正是由于机器狗的平衡性,让国内外的科技团队纷纷研究,趋之若鹜。

由浙江大学与南江机器人联合研发的四足机器人“赤兔”,对于各种复杂地形有着高度的适应能力,可以实现爬坡、爬楼梯,在崎岖路面行走、小跑和奔跑。目前,大部分的运输机器人是轮式的,它们虽然运动稳定,但只适用于路面平坦的环境。而“赤兔”机器人却能够像四足生物一样实现走路、跳跃甚至是跨越障碍,当它小跑时,它改为前后对角的两条腿一起动,达到成年人的步行速度;当“赤兔”高速跳跃,或者飞奔起来,速度可以达到更高的水平。

2017年10月,数宇科技发布了他们的四足机器人莱卡狗(Laikago),这是国内首个正式对外发布的四足机器人。

据宇树科技方面介绍,莱卡狗重量仅22kg,但其自行研发的电机系统能输出高达18千瓦的瞬时功率,算出来功率密度比一般的超级跑车还高将近一倍,这使莱卡狗拥有了强大动态性能的基础。另外莱卡狗也已经完全摆脱了外部供电,自带电池一次充电可以支持2~3小时的行走。

宇树科技还模仿波士顿动力拍摄了一段测试视频,视频中莱卡狗爬上了斜坡、穿过了石板路,以及再现了那个经典的被测试人员用脚踹的场景。当然,测试的结果是莱卡狗与波士顿动力的BigDog一样,稳定性表现的很优异。

机器狗发展的不断前进,标志着我国在仿生机器人方面与国外相比,差距在不断缩小。

实际上,目前不论是国内还是国外的仿生机器人绝大部分还处于研究阶段,它们距离产业化还有很长的路要走。

军用机器人作为现代军事力量的一支新军,具有巨大的军事潜力。机器人'从军'虽晚于其他行业,但自从60年代在印支战场崭露头角以来,日益受到各国军界的格外重视。美国全国科学委员会的报告预测:'上个世纪的核心武器是坦克,21世纪则最为可能的就是无人系统。'未来战场上,无人机、无人航天器、无人水下潜航器、无人驾驶战斗车辆、各种仿生机器人等将登上战争舞台,投入实战使用。



国产履带式小型无人武器平台由一台1000kg轮式6×6无人运输平台搭载,在执行任务时由运输平台将其运送至任务区域。整个平台由人工通过无线电通信链路进行遥控,遥控站配备有视频显示器、导航控制系统和以及操纵机构。可以在各种复杂条件下执行侦察、支援战斗工程和辅助SWAT/MP部队等任务。



'中国大狗'仿生四足机器人。这款机器人总重250kg,负重能力160kg,垂直越障能力为20厘米,爬坡角度为30度,最高速度1.4米/秒,续航时间为2小时。这款机器人主要由足式机械系统、动力单元、感知系统及控制系统组成。作为通用平台,可应用于陆军班组作战、抢险救灾、战场侦察、矿山运输、地质勘探等复杂崎岖路面的物资搬运。


军用机器人大量而广泛的使用,预示着机器人在未来战争舞台上是一支不可忽视的军事力量。无人作战平台是近几年刚出现的新概念,这些平台大致都在下世纪头20年内得以实现。无人作战平台是力量倍增器,具有重大军事价值。无人作战平台将对未来的军事作战产生深远的乃至革命性的影响。


仿生,也是改造我们的认知

当下,机器人对于大众来说,是一种充满了未知,并且还有很多困惑和不解的智能产品。机器人从小众走向大众,从概念走向应用,最终实现大规模商业化还需要很长的时间。机器人的出现,并不仅仅是一次商业产品和商业模式的变革,更重要的是人们的认知也将发生很大的变化。

仿生机器人将会是科技的杰作,同样也会是人类最佳的帮手。


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