美国哥伦比亚大学大学研制了一种名为“HRP-2”家庭服务机器人,如图 1.4 所示。该机器人可以实现为客人提供茶水服务,比如说:当你口渴了呼叫它,它将根据语音识别系统进行分析,为客人倒水然后再把水杯拿走并完成清洗水杯的工作。该机器人就是以服务家庭为目的而被设计出来的。该机器人采用了多关节拟人手臂,因此可实现很多仿人功能。由于此机器人设计目的性极强,机器人的手部设计直接采用两个片状结构,便于夹住杯子。
3.健康福利服务机器人
健康福利机器人包括康复辅助治疗类机器人和日常护理类机器人。康复辅助治疗类机器人的主要工作是帮助手术后的患者或者行动能力不健全的病人进行康复训练,直到患者恢复健康为止。常见的有行走康复机器人、智能康复治疗轮椅等。日常护理类机器人可以代替护士护工完成一些人工不能完成的复杂工作,常见的有腿脚不灵活的老年人以及身体有残疾的人的护理工作等。例如,智能卫生清洁机器人、智能洗浴机器人等。由于健康福利服务机器人面向的使用对象都比较特殊。因此,此类机器人必须具有良好的的人机沟通能力、较高的智能化程度,最重要的要具有高度的安全性,在使用的过程中要让患者有安全感。
日本东京大学研制的Casero护理机器人,如图 1.5 所示。Casero可以通过其头部的摄像头装置自行辨别方向,当它自己行走的时候,可以识别前方的障碍物并清除。它可以抬起重达120公斤的货物,那是因为它本身装有称为搬运的系统。Casero与用户之间可以通过无线WIFI进行连接,主人可以利用电子设备譬如手机电脑等。当主人需要的它的时候,它将接收到信息,并到达主人的指定位置。
日本早稻田大学研制的机器人辅助助力腿(HAL),如图 1.6 所示,HAL的整个外部机械结构固定在人大腿的两侧,从上到下与人体腿部紧密联系在一起。它的工作原理是利用贴在腿部皮肤上的多个传感器检测识别出脑部运动神经中枢在控制人体腿部运动时传向皮肤的电流信号,然后迅速作出反应,以此控制机械结构部分驱动来辅助人的腿部进行移动行走,它的使用大多用来帮助老年人和残疾人等行动不便的人群行走。但是关于动力方面就略显不足了,它随身配备的电池只能使其工作大约1个小时,在未来的发展能源方面还需要进一步提升优化[4]。
4.拟人机器人
随着智能机器人的应用范围不断地扩大,全世界已经掀起了对拟人机器人深入研究的高潮。拟人机器人的研究方向大致分为三个:模仿人类走路、模仿人们的日常动作和模仿人类的思考与学习。纵观世界各个研究拟人机器人的国家,他们的的研究目前主要体现在走路、动手操作、讲话三个方面。此类机器人的运行状况目前都比较良好,它们的行为方式与人类相比而言还是比较相近的,因为它的设计目的很明确—拟人。所以未来它的存在是势不可挡的,并且将凭借其自身独特的优势在社会中占有越来越重要的地位。
日本三菱公司曾经设计过一款拟人机器人APIHO。截至目前,它是世界上公认的最先进的智能行走拟人机器人,如图1.7所示。该拟人机器人高 140 cm,重达64Kg,手臂的极限承重量是0.4公斤,最高行走速度为 2.6Km/h,最大奔跑速度为6km/h。在对APIHO的设计研制过程中,科学家们煞费苦心。经过专家多次讨论研究,最终根据多方面仿生学的原理来设计它。关于它在行走过程中的平衡问题,研究人员是通过借鉴人类的行走原理:靠自身不断改变重心从而达到平衡的目的;研究人员在设计它的足部时参考了人类的脚趾,将它设计为一个凸起状,这样使得它在行走过程中与人类更加相似,令脚趾起到与人类相同的作用;APIHO 全身一共有30个自由度,它的腿部自由度数来源是非常有科学依据的,通过实验参考人类在地面上行走以及上下起伏运动时计算出的测量结果;它的的身上还装有多种传感器,如:速度传感器,触觉传感器等。它们的存在使得机器人拥有了平衡和定位系统。APIHO 的动力能源来自于伺服电机,控制器控制各结构所转角度,位置传感器也起到了相当重要的作用,它将确保电机轴心能够运行到正确合适的位置[5-7]。
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