柔性機器人新突破：意大利COMAN機器人
http://www.debgrams.com 2013-04-17 16:42 來源：福布斯中文網
過去十年里開發的大多數人形機器人都是剛性關節，如果它們要與人進行互動就會出現問題。假使不小心打到人或者失去平衡而摔倒，它們那不能彎曲的雙臂和雙腿就可能會對人造成傷害。近來，研究者們在開發各種剛性標準的機器人關節方面表現出越來越濃厚的興趣，這將提高機器人的安全性，但到目前為止還鮮有團隊造出了一個完整的機器人成品。如今，意大利技術研究所（Italian Institute of Technology，簡稱IIT）的一支團隊憑借他們的COMAN機器人（柔性人形機器人）正逐漸接近這一目標。
仿照四歲孩子而造的COMAN，身高94.5厘米（從脖子到腳），體重31.2千克。該25自由度（DOF）機器人結合了剛柔兩種關節（如下圖所示）。柔性關節（14 DOF）依靠的是串聯柔性制動器。這些由IIT團隊定制的制動器被應用于彎曲或伸展的機械臂和機械腿上。這些制動器既小巧又模塊化，該特點使之成為打造如人形機器人等多自由度機器人的理想材料。研究者們也為每個彈性關節開發了定制的力矩傳感器，包括用于踝關節的一個六維力/力矩傳感器。
那么這種柔韌性究竟有何幫助？彈性制動器為COMAN走路增加了彈簧：在行走實驗中，“無需施加額外的控制，機器人的軀殼就自然吸收了每走一步時地面的反作用力。而如果沒有特定的足部裝置或者不加以主動控制，剛性制動的類人機器人很難實現這一點。”當施加以穩定操控方式時，即使是在移動的平臺上或是翻倒時，機器人也能穩定住自己。
COMAN的內部結構由鈦合金、不銹鋼和鋁合金制成，包裹以ABS塑料外骨骼。以下圖片顯示了串聯彈性制動器（SEA）的位置和結構，SEA分布于機器人的臀部、膝蓋、腳踝、肩膀和手肘處。
在自己開發柔性人形機器人的過程中，該團隊還發明了一種方法以確定最優關節彈性，但該方法是一個極為耗時的試錯過程，迄今仍缺乏足夠的數據支撐。他們的方法是基于共振分析和儲能最大化標準，為其他探索柔性機器人的研究者們提供了一個框架。
較早一些探索柔性關節的機器人包括早稻田大學的Wendy（1998）和Twendy-One（2007），這些服務性機器人旨在輔助老年人。出于安全原因，它們使用專門開發的關節裝置打造了柔性手臂，但這種關節裝置稍顯笨重。最近，拓荒者機器人學公司（Meka Robotics）制造了一個有著柔韌手臂的人形機器人，而三星（Samsung）的Roboray和德國航空航天中心（German Aerospace Center）的DLR-Biped則擁有力矩控制的機器腿。再思考機器人公司（Rethink Robotics）的Baxter也有柔韌的雙臂。
不過，在打造同時具有柔性雙臂和雙腿的人形機器人方面，IIT團隊當屬領頭羊。該團隊的成員包括尼克斯•G•薩格雷基斯（Nikos G. Tsagarakis）、史蒂芬•莫非（Stephen Morfey）、古斯塔沃•梅德拉諾•塞爾達（Gustavo Medrano Cerda）、李志斌（音）和達爾文•G•考德威爾（Darwin G. Caldwell）。如果你想知道為什么這個機器人沒有頭，別擔心：它的腦袋正在研發中。我們聽說，研究者們還完成了一雙機器手。我們期待將很快有更多新部分整合到這個機器人身上。
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