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重体力人形机器人样机HRP-5P的研制

通过先进的工业科学技术|2018年11月19日

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研究人员开发了一种人形机器人原型,HRP-5P,旨在自主完成繁重的劳动或在危险环境中工作。

HRP- 5p是一个身高182厘米、体重101公斤的类人机器人,它是在HRP系列技术的基础上,结合新的硬件技术而成的。在这个系列中,它拥有无与伦比的物理能力。其机器人智能包括环境测量与目标识别、全身运动规划与控制、任务描述与执行管理以及高可靠的系统化技术。在这个身体里装上智能使机器人能够自主安装石膏板,这是一个在建筑工地繁重劳动的典型例子。作为工业界和学术界合作的开发平台,HRP-5P的使用将加速类人机器人在建筑工地和大型结构(如飞机和船舶)装配中的实际应用的研发。

日本出生率的下降预计将导致建筑业和其他许多行业出现严重的劳动力短缺。利用机器人技术来解决这一问题势在必行。这些技术还为建筑工地、飞机设施或造船厂的建筑工人从事有潜在危险的重体力劳动提供了一个令人信服的替代方案。然而,这些大规模的建筑工地很难适合机器人,这阻碍了机器人的引进。由于类人机器人在身体上与人相似,它们可以在不需要改变环境的情况下工作,可能会减轻工人的繁重劳动。

在开发HRP系列时,AIST与几个私营公司合作,包括川田工业公司(现川田机器人公司),并开发了实际应用的基本技术。HRP-2能够两足行走、躺下、站立、在狭窄小道上行走等动作。HRP-3可以在光滑的路面上行走,并通过远程控制紧固桥梁上的螺栓。灾害应对仿人机器人研究进行自2011年以来产业导致了修订版HRP-2改善生理功能(比如肢体长度、范围的运动,和联合输出),这可能走在崎岖的地形,进行半自动转阀和执行其他任务基于3 d环境测量。然而,它的物理能力仍然不足以完成石膏板安装等繁重的工作,而且它缺乏足够的自由度和足够的关节活动范围来模拟人类在复杂环境中的动作。为此,AIST研发了类人机器人HRP-5P,它具有代替人类从事繁重劳动的物理能力。

而且HRP- 5p继承了HRP系列的技术,采用了本田汽车公司的专利技术。

HRP-5P的部分开发得到了新能源和工业技术发展组织(NEDO)委托的研发部门的支持,“新一代机器人核心技术研发”的“自主类人机器人(创新元件机器人技术领域)”中的“可在非结构环境下工作的高可靠性类人机器人系统的研发”,以及日本科学促进协会的科研资助,“基于环境模型获取的仿人机器人适应未知环境的靶向全身运动规划”(课题编号JP17H07391)。

人形机器人原型HRP-5P具有健壮的身体和先进的智能,能够自主工作,并为繁重的劳动提供了替代来源。

  • HRP-5P身高182厘米,体重101公斤,身体共有37个自由度:颈部2个,腰部3个,手臂8个,腿部6个,手部2个。除了手,这是迄今为止HRP系列中最自由的动作。与修订后的HRP-2相比,在腰部增加一个自由度,在手臂底部增加一个自由度,使操作更接近于人类的动作。因此,HRP-5P可以用双臂搬运大型物体,如石膏板(大约1820 × 910 × 10毫米)。11公斤)或胶合板(1800 × 900 × 12毫米,约。13公斤)。
  • 为了模拟由机器人人体运动而不作为许多自由度作为人的,研究人员确保在臀部和腰部区域,在多个关节被浓缩关节的更宽的可动范围。例如,使上部体髋关节即弯曲和延伸的腿的范围是140℃在人类和202°在HRP-5P运动(图1),和腰部关节具有一定范围的80运动°在人类和300°在HRP-5P。这使得能够通过在各种姿势,的机器人工作,例如当与扭曲上半身深蹲伏。
  • 与修订后的HRP-2相比,通过使用高输出电机,在驱动机构中添加冷却,并采用具有多个电机的某些关节的关节驱动系统,关节扭矩和速度平均增加了约一倍。这样一来,机器人就可以做一些重负荷的工作,比如从石膏板堆中抬起一块石膏板。(HRP-5P水平延伸时,每只手臂可承受2.9 kg的重量,而改良版的HRP-2为1.3 kg,而HRP-4为0.9 kg。)
  • 通过使用头戴式传感器,机器人不断获得周围环境的三维测量(频率为0.3 Hz)。即使工作中使用的物体挡住了视野,存储和更新的测量结果也可以在携带面板时执行步行计划,或在脚滑时纠正步行。(图2)。
  • 学习包括使用工作对象的新构造的图像数据库卷积神经网络。该机器人能够以高精确度的90%检测十种类型2-d对象区域或多个甚至对低对比度的背景或昏暗的灯光下(图3)。
  • 它是可能建立一个高度可靠的机器人系统,并保持大规模软件的质量(约。25万行代码),通过在Choreonoid机器人模拟器中为机器人智能安排一个虚拟测试环境,并监控软件回归24小时。

这些技术的集成,使自主石膏板安装在HRP-5P手柄和承载在模拟住宅施工现场独立又大又重的物体。

具体地说,这项工作涉及以下一系列操作。

  • 产生周围环境的3-d地图,检测物体,并且接近工作台。
  • 靠在工作台上,滑动其中一块堆叠的石膏板,将其分开,然后将其抬起。
  • 在识别周围环境的同时,将石膏板搬到墙上。
  • 放下石膏板,让它靠墙立着。
  • 使用高精度AR标记,识别并拾取工具。
  • 保持垫条保持HRP-5P本身稳定,螺杆石膏板到墙上。

R&d在机器人智能化将利用这个平台来促进,在住宅或办公楼的网站瞄准自主手工劳动的替代来源,并装配大型结构,如飞机和船舶。这将弥补劳动力短缺,自由人从繁重的劳动,并帮助他们专注于更高附加值的工作。


了下:快速原型,机器人技术•机器人抓手•末端执行器


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