浙江大學(xué)成功研制大型仿人機(jī)器人

本刊記者/吳浪 通訊員/周煒

浙江大學(xué)成功研制大型仿人機(jī)器人

本刊記者/吳浪 通訊員/周煒

“悟”“空”對戰(zhàn)(攝影 盧紹慶)

2011年10月9日，浙江大學(xué)玉泉校區(qū)智控樓一間安靜的實(shí)驗(yàn)室里，忽然傳出一陣連續(xù)的打乒乓球的聲音。打球的并不是需要放松一下的研究生，他們此刻正全神貫注地盯著打球的“人”——一張標(biāo)準(zhǔn)的乒乓球桌前，兩個幾乎長相一模一樣的機(jī)器人正在“對決”。

它們一個叫“悟”一個叫“空”，身高1米60，體重55公斤，壽桃頭，中式馬褂，是浙大智能系統(tǒng)與控制研究所的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室最新研發(fā)的大型仿人機(jī)器人。2007年4月起，實(shí)驗(yàn)室開始承擔(dān)科技部863重點(diǎn)課題“仿人機(jī)器人高性能單元和系統(tǒng)”，“悟”、“空”是這個項(xiàng)目的代表之作。

“悟”拿起乒乓，向“空”發(fā)了一個球?！翱铡睊嗥鹎蚺?，立刻把球回了過來。球來來回回幾十個回合，他們似乎不知疲倦，時而正拍，時而反拍，有板有眼地回著每一個球。

“當(dāng)時，國際上已經(jīng)出現(xiàn)一些大型仿人機(jī)器人，比如能走路給人遞飲料的機(jī)器人，還有正在研制會接棒球的機(jī)器人，我們希望機(jī)器人能做更復(fù)雜的動作，與環(huán)境和人的交互性更強(qiáng)，同時又有中國特色的，我們就想到了國球乒乓球。乒乓球的運(yùn)動需要機(jī)器人連續(xù)反應(yīng)速度，對于控制的速度和精準(zhǔn)性有很大的挑戰(zhàn)。”研發(fā)人員之一、視覺組的章逸豐博士說。

據(jù)浙江大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任熊蓉介紹，這個“孕育”了四年多的第三代仿人機(jī)器人集成了機(jī)器人領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)：它的身軀采用了高強(qiáng)度輕質(zhì)材料和加工工藝，全身30個關(guān)節(jié)的30個電機(jī)各司其職，運(yùn)動靈活，僅手臂就能做7個自由度的運(yùn)動；浙大擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的我國第一個工業(yè)自動化國際標(biāo)準(zhǔn)——EPA(以太網(wǎng)實(shí)時控制技術(shù))被運(yùn)用到了機(jī)器人的開發(fā)中，使得機(jī)器人的反應(yīng)速度更快；另外，機(jī)器人的精確識別、定位預(yù)測、運(yùn)動建模和平衡能力都很強(qiáng)。即使揮舞球拍的時候產(chǎn)生很大的加速度，“悟”、“空”也是穩(wěn)如泰山。

乒乓球從球桌的這頭到那頭，時間不到一秒，運(yùn)動員是憑經(jīng)驗(yàn)與直覺作出回球反應(yīng)，而“悟”、“空”的背后則是一個強(qiáng)大的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，讓其應(yīng)對自如。球出發(fā)的一瞬間，“悟”、“空”頭頂上方的兩只“眼睛”就開始以每秒120幅圖像的速度捕捉球的運(yùn)動軌跡，拍攝到的二維照片瞬時轉(zhuǎn)化為三維圖像——眨眼之間，“悟”、“空”已經(jīng)精準(zhǔn)地預(yù)測球的落點(diǎn)，誤差不到2.5厘米。幾乎同時，最優(yōu)路線和最佳姿勢也已“敲定”。整個反應(yīng)時間在50～100毫秒之間。最后的0.4秒，“悟”、“空”揮動手臂，把球準(zhǔn)確地送向了對方。

實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)人員也樂意做“悟”、“空”的“陪練”，因?yàn)樗麄兿喈?dāng)“友好”：總會把球推送到你回球最舒服的地方，還能控制節(jié)奏——你來球快，他就要讓球速慢一點(diǎn)；來球慢，他就要讓球速快一點(diǎn)；來球高，回球就稍微壓一點(diǎn)；來球低，就稍微向上挑一點(diǎn)。這樣，他與人對打的最高紀(jì)錄可以達(dá)到140多個回合?！拔覀兊南乱荒繕?biāo)，是研發(fā)運(yùn)動更加靈活反應(yīng)更加快速的機(jī)器人，比如在打乒乓球時可以前后左右移動的機(jī)器人，也將和實(shí)驗(yàn)室所研發(fā)的智能認(rèn)知技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成仿人型的智能家用服務(wù)機(jī)器人?！边\(yùn)動組的研究人員孫逸超博士說。

熊蓉告訴記者，除了讓機(jī)器人運(yùn)動，它們將來還將在家用服務(wù)領(lǐng)域上發(fā)揮更大的作用?！氨热缰稀⒅鷼?，或者為人類提供娛樂性的服務(wù)。”而如果研發(fā)成熟，仿人機(jī)器人還將走到室外，到有危險的環(huán)境中，幫助人類從事探險活動。

“悟”、“空”的研發(fā)人員們很多是機(jī)器人領(lǐng)域的資深“發(fā)燒友”。他們在本科階段，就加入了浙大機(jī)器人競賽基地，他們曾經(jīng)一起開發(fā)的仿人小型機(jī)器人“悟空”、“ 悟能”、“悟凈”在世界機(jī)器人比賽(ROBOCUP)中取得過不凡戰(zhàn)績。而個頭比他們大好幾倍的最新一代大型仿人機(jī)器人“悟”、“空”，就是為了紀(jì)念前輩“悟空”而命名的。研發(fā)人員之一朱秋國說，“研究機(jī)器人的激動之處就在于，看到自己的想法成為現(xiàn)實(shí)，自己做的改進(jìn)能馬上看到效果，特別是有的時候機(jī)器人能表現(xiàn)得超乎想象！”