德國研制出會搬送箱子和沏茶的機器人Rollin’ Justin
http://m.moduwu.com 2011-12-01 15:16 來源：Gkong整理
近年，仿人機器人的研發取得了重大進展。Rollin’ Justin 是由德國航空航天中心 (DLR) 研制的一款機器人，能夠完成復雜的雙手動作，由于采用了移動平臺，可以在房間中行動自如。它是一種服務機器人的雛形，未來可以幫助人們完成日常家務或在倉庫里搬送物品。對運動順序至關重要的快速通訊通過 EtherCAT 來實現，與此同時，由倍福的 TwinCAT PLC 自動化控制軟件實現精細的控制。
德國航空航天中心（DLR）位于德國 Weßling 市，Rollin’ Justin 機器人是其十多年的研究成果。這種人形移動式機器人是在由DLR研發的輕型機械臂和機械手基礎上研制而成（例如，用于太空維護工作的機械臂和機械手）。通過旋轉和移動底座可擴大機器人的抓取范圍，底座裝有4條獨立的、可靈活伸縮的機械腿。這與人通過身軀和腿的運動擴大活動半徑相類似。“Rollin’ Justin上半身可自由旋轉 43 度，并配有扭轉傳感器；共有 51 個關節，可以完成高度靈活的運動,，能夠靈敏地進行操作和交互運動。該機器人的雙手可以嫻熟地操作物體，例如搬移木箱或者沏茶。后者需要復雜的動作協調性。機器人必須一只手抓住茶葉罐，另一只手旋開它。然后，將茶葉粒倒入飲用玻璃杯。此時，通過手指輕扣塑料容器，精確地控制茶葉用量。最后將水從水瓶倒入茶杯。
扭矩傳感器實現敏捷操作
這是如何進行動作協調并完成高靈活動作的呢？據了解，視操控動作的不同，需要較松或較緊地協調手臂和手的動作：例如,抓起如木箱之類的大型物體時，兩個手臂必須緊密地協調工作。另一方面，旋開螺帽，要求手和臂完成良好的同步運動。此外，Rollin’ Justin 也可以與人和周邊環境進行互動。當撞到某物或者觸碰到物體或者人時，它可以感知并立即中止動作，或者詢問是否應繼續工作。通過集成的語音識別系統，該機器人可識別約 100 個單詞且能將其組成有意義的短語。此外,它還可以通過內置攝像頭采集周圍環境信息并識別目標，從而調整自己的運動方向。如在手指中安裝扭矩傳感器，確保 Rollin’ Justin 可以靈敏地抓起像草莓之類的物體且不擠碎它們。機器人的腳的活動范圍可調：當執行高動態性動作或者大范圍移動動作時，Rollin’ Justin 可伸展開腿，擴大底盤范圍，從而穩定上部軀體。需要穿過狹窄通道時，它會再次縮回腿。
“通過 EtherCAT，我們找到了理想的通信系統.”Klaus Kunze，來自德國航空航天中心機器人系統部機器人與機械電子研究所。他說，“研制Rollin’ Justin 時，使用第三方供應商成熟的硬件組件，使我們節省了大量耗時的研發工作。”“我們主要根據所需的目標功能和緊奏型設計來選擇組件。”
然而，這給德國航空航天中心帶來的挑戰是：必須整合各種不同的實時協議。采用了通過 CAN、CANopen、SERCOS、SpaceWire 和 EtherCAT等實現通信的組件。這些不同現場總線之間的轉換由 EtherCAT 從站上的倍福 TwinCAT PLC 自動化軟件完成。控制所需全部數據均通過 Matlab®/Simulink® 環境中的一個具有實時功能的總線協議同步傳輸。該環境安裝在一臺獨立的實時計算機上，并由該計算機控制整個平臺（包括機器人上部軀體）。“我們需要這樣一個解決方案，一方面支持這些組件的通信技術，另一方面不影響這些組件的性能。例如，可以實現 1 毫秒的 SERCOS 驅動周期時間和較短的靜區時間。”Klaus Kunze 說。通過倍福的標準 EtherCAT 端子，完美地實現了力傳感器和伺服驅動的連接。倍福的 SSI 終端從機器人腿的位置傳感器采集數據。機械臂和軀干的 SERCOS 驅動器則通過倍福的 SERCOS 主站 PCI 插卡連接。Rollin’ Justin 為德國航空航天中心提供了一個優異的試驗平臺。基于該平臺，可以完成計劃用于復雜的雙手操作任務的控制策略和智能動作。目前來說，將移動式服務機器人用于搬運木箱或沏茶等家務的家庭助手仍然屬于將來的一個夢想。
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