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英國科學(xué)家研制類人機(jī)器手臂

閱讀：771發(fā)布時(shí)間：2008-6-22

英國科學(xué)家研制類人機(jī)器手臂

http:// 2008-6-20 瀏覽次數(shù):99

　英國布里斯托爾機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室BRL的研究小組日前宣布，他們所進(jìn)行的研究可以讓機(jī)器人的動(dòng)作更像人，并且能夠讓人們與之近距離接觸。他們通過“軟化"機(jī)器人的動(dòng)作，使得這些機(jī)器人在日常交流中更接近人類，從而區(qū)別于它們?cè)谏a(chǎn)線上的工業(yè)“表兄"。

　　　BRL是英國西英格蘭大學(xué)和布里斯托爾大學(xué)聯(lián)合成立的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，受英格蘭高等教育基金管理委員會(huì)資助，也是英格蘭zui大的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室主要研究*機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室主任Chris Melhuish教授表示：“服務(wù)機(jī)器人有一些矛盾的地方——如果一個(gè)機(jī)器人好到可以讓人使用，它同時(shí)也就會(huì)強(qiáng)大得足以產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，我們必須有一些物理和行為上的安全系數(shù)，使得機(jī)器人在這些系數(shù)之下是受控的。"

　　　要使機(jī)器人的手臂具有人臂一樣的功能，zui基本的條件就是要像人一樣具有腕、肘及肩關(guān)節(jié)等類似的動(dòng)作。據(jù)英國《工程師》雜志報(bào)道，BRL研制了一個(gè)手臂組裝件，包括上半身和兩條手臂，每條手臂安有人類所有的關(guān)節(jié)，可以*自由地活動(dòng)。手臂會(huì)從手指的觸覺傳感器收到反饋信息。BRL的人形機(jī)器人手臂組裝件是一個(gè)裝有多個(gè)傳感器、制動(dòng)器和微處理器的系統(tǒng)，通過控制器局域網(wǎng)CAN界面相互。從手指到肩膀的每個(gè)制動(dòng)器都受控才能保證整體運(yùn)動(dòng)類似人類。CAN是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。

　　　多數(shù)動(dòng)物的觸覺器是遍布全身的。對(duì)人來說，觸覺是除視覺以外接受外界信息量zui多的感官。但是，視覺系統(tǒng)造價(jià)昂貴，控制復(fù)雜，因此，給機(jī)器安裝上恰當(dāng)?shù)挠|覺傳感器具有重要意義。在具有類人外表的同時(shí)，BRL研制的控制系統(tǒng)必須能夠利用系統(tǒng)中的強(qiáng)交叉耦合，允許粗糙的運(yùn)動(dòng)和精細(xì)的手指尖的微制動(dòng)。手和手指上有關(guān)力量、溫度和表面形狀、質(zhì)地的傳感器得到的信號(hào)必須保證安全，并與外界交互。控制系統(tǒng)還必須在粗糙的高能制動(dòng)和精細(xì)的手指尖微制動(dòng)間尋求平衡，以保證可以更真實(shí)地模仿人類的特點(diǎn)。另外，控制系統(tǒng)還要考慮機(jī)器人的實(shí)際限制，比如，通過一個(gè)CAN實(shí)現(xiàn)高度分散的特征之間的。

　　　人在移動(dòng)時(shí)省力的辦法就是使肌肉的作用力zui小化，這也是BRL的研究人員想讓機(jī)器人具備的。因此，他們必須測量人類的肌肉運(yùn)動(dòng)，并為機(jī)器人建模。在布里斯托爾大學(xué)，有一位教師進(jìn)行的研究就是利用傳感器測量人類和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人類人控制途徑研究的負(fù)責(zé)人Guido Herrmann博士說：“我們正好可以從他的數(shù)據(jù)中得到想法，并把他的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為我們自己的運(yùn)動(dòng)法則。"

　　　據(jù)Herrmann介紹，分散的控制系統(tǒng)給研究人員造成了眾多挑戰(zhàn)。如每個(gè)制動(dòng)器和傳感器都只有有限的數(shù)據(jù)，但研究人員需要控制所有數(shù)據(jù)。由于控制系統(tǒng)受限于電線可以傳送的信息量，因此需要在各部位就地進(jìn)行決策。Herrmann使用了分布式智能和多層抽象層的方法來克服這個(gè)限制。

　　　從一條手臂開始，研究人員打算模仿整個(gè)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)原理，然后設(shè)計(jì)像機(jī)器一樣運(yùn)作快速的控制器。之后，在兩只手臂內(nèi)植入相互作用的兩條CAN數(shù)據(jù)傳送線，然后加入更多分散的傳感器。這一項(xiàng)目的zui終目的是要發(fā)明新辦法，使得機(jī)械手臂可以根據(jù)它們讀到和理解的文本指示內(nèi)容完成任務(wù)。Melhuish說：“如果你給機(jī)器人讀一個(gè)悲傷的故事，它應(yīng)該可以辨別出你悲傷的表現(xiàn)，并能作出相應(yīng)的回應(yīng)。如果兩個(gè)人一起完成一項(xiàng)任務(wù)，如一起倒咖啡，一個(gè)人拿杯子，另外一個(gè)人倒。這個(gè)動(dòng)作很容易觀察到，但是動(dòng)作和交互作用很難在機(jī)器人身上實(shí)現(xiàn)，要作大量努力。"

　　　“不需要坐在500米開外看他做動(dòng)作，我們要和它交流。"Melhuish說，“我們的機(jī)器人要設(shè)置內(nèi)容，而不僅僅是展示機(jī)械。正如你手把手地教孩子如何切面包，我們想要教機(jī)器人如何工作。"

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