典型人形机器人ASIMO-honda

1 概述

1986年，本田开始研究机器人双足行走模仿人类。采用步行稳定控制技术，包括地面反作用力控制，ZMP模型控制和脚着地位置控制，两足机器人可能会在不平坦或倾斜的地板上稳定行走。步态产生技术限制了打滑和旋转，确保了动态稳定性跑步。Honda自1986年以来一直从事人形机器人的开发。下图显示了本田人形机器人开发的简要历史。 首先，两足机器人E0可以以直线和静态方式行走。 1993年，增加了一个躯干和两个手臂以完成第一个真正的人形机器人P1。 随后，开始采取减轻重量和尺寸的措施。

Asimo 成长史

2 Asimo的移动能力

E0是本田开发的第一款机器人，实现了静态行走双腿交替向前移动。 1991年的E2在动态行走，即机器人在改变其平面的同时在平坦的表面上行走重心离开脚底。1993年，本田终于开发了专有的步行稳定控制技术。 当人类行走时，他们在自己的重心和承受的力之间保持平衡他们走路时从地板上跳下来。 步行稳定控制技术实现了这一点在机器人中保持平衡。 这是姿势控制的核心技术，可以使机器人在各种地板上行走，包括不平坦和倾斜的地板以及高低不平的地板，以前不可能进行动态行走。

静态步行与动态步行

步行稳定控制技术生成目标步行模式基于动力学的概念称为零力矩点（ZMP）。这然后使实际的机器人遵循该模式。重力和惯性力是总的惯性力，是作用线的该力与地面相遇即为ZMP。如果ZMP位于单支撑阶段支撑腿的接触贴片在支撑腿多边形内，由两条腿的接触补丁形成双支撑阶段，则可以认为机器人在一定程度上稳定行走动力学。因此，目标ZMP被定义为满足以上要求情况。然后生成目标步行模式以实现该轨迹。目标的行走方式由脚前部的轨迹描述是确定机器人关节角度，机器人上肢位置的必要条件身体及其姿势的轨迹。目标步行模式是由调整上身的水平加速度，以使周围的力矩目标ZMP将为零。

ZMP

ZMP

地面反作用力控制涉及到在跌落边缘时用力压在脚底上，同时吸收地板的不平整度。 当机器人以理想的方式行走时，目标总惯性力位于实际地面反作用力的作用线上。 但是，例如，如果机器人踩在不平坦的地面上，则作用线会发散，失去平衡，并施加倾覆力矩。 在地面反作用力控制中，脚踝下方的六轴力传感器检测实际地面反作用力的中心点。 在执行此操作时，通过旋转脚来改变脚前部的位置和姿势，以使目标ZMP位于运动。 这会导致脚跟剧烈下垂，从而控制实际地面反作用力的中心点，使其位于适当的位置.

Asimo 的基本尺寸

Asimo的具体参数包括：

Asimo的具体参数

3 从行走到奔跑

在快速运动下，由于惯性力和力矩的增加，将目标ZMP保留在支持面内不足以防止不稳定。 因此，新步态产生技术采用了允许的范围水平惯性力和力矩。 该允许范围不断变化响应地面负载，地面负载会在切换到飞行阶段时发生变化。使用的方法，是为了使地面反应的水平分量目标步行模式产生的力不会超出此允许范围，涉及调整上身的水平加速度以及上身弯曲和扭曲。

在类似于步行的方法中，当调整目标步行模式中的上半身，以使周围的瞬间目标ZMP为零，地面反作用力的水平分量可以被依赖地获得。 如果地面反作用力的水平分量在允许范围内，动态稳定性和避免打滑都可以取得成就。 如果超过允许范围，则整个机器人的重心加速度保持不变同时使上身旋转（弯曲）。 这保持水平分量保持地面反作用力在允许范围内围绕目标ZMP的力矩为零，从而避免打滑。

Balancing motion via upper body bending

Vertical moment

4 上层任务

结合移动性，机器人的任务执行功能也得到了进化了。 任务执行功能是通过融合以下功能而实现的功能物理能力，使用传感器识别外部环境各种。Asimo可以完成人们日常生活中的多项任务，包括推小车，端茶倒水等。

推桌子

递东西

手语展示

Asimo的控制架构如下所示，其主要包括了Sensing, Estimation, Behavior generation, Expression等。在感知模块中，主要包括了环境空间信息的感知，具体感知信息有环境物体位置、速度、区域等；图像信息，具体由距离和姿态辨识，人脸识别等；以及语音信息。传感器信息融合后，会产生一些具体的行为估计。机器人根据传感器的信息进行决策，并将控制指令发送到屏幕显示，机械臂控制，语音系统以及行为控制系统等。

Asimo的控制架构

与访客打招呼

智能的ASIMO机器人可以按照以下基本顺序自主执行工作

1）检测即将到来的访客；

2）查找并跟踪访客的脸；

3）用手势向访客打招呼；

4）确认个人并确认；

5）检查约会会议的时间，地点和人员；

6）通知访客的到来；

7）引导访客到会场。

Asimo正在引导实现每个家庭一个机器人的梦想。

5 结语

Asimo的开发始于1986年，目前的Asimo版本于2011年宣布。在这些年中的大部分时间里，作为本田尖端机器人工程的一个例子，Asimo可以爬上楼梯，跑步，甚至单脚跳跃，这对于（相对）大型人形机器人来说都是非常困难的任务。

本田已决定取消其旗舰人形机器人Asimo的进一步开发。对于本田来说，其仍将继续研究人形机器人，但未来的机器人可能不会被命名为Asimo。在开发Asimo时已经获得了很多技术，如何利用它们是一个问题。“

现在让本田专注于最重要的事情：不仅仅是好的演示，而是有用的，实用机器人，这可以让我们的生活更美好。

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