二點(diǎn)五米高巨型機(jī)器人誕生能拿“金箍棒”還能“修鐵路”

約2.5米高的機(jī)器人是什么概念？

它共有兩個版本，分別是“三手指”版本和“鐵鏟手”版本。如下圖，它手中拿著一個氣球，并用兩個類似眼睛的小相機(jī)環(huán)顧四周。

它的名字叫“零式人機(jī)”，身上沒有任何皮膚，裝在一個鋁合金機(jī)身中，它擁有軀干、手臂和頭部， 頭部很小甚至比手掌還小。

另一個版本的機(jī)器人，每只手有3個手指來抓握物體。在測試期間，它能抓住聚合物棍棒和足球。

綜合來看，它是一款用觸覺裝置控制的超大型機(jī)器人，研發(fā)人員還為其開發(fā)了一種人機(jī)協(xié)同效應(yīng)裝置。

機(jī)器人位于一個高平臺上，操作者則在幾米遠(yuǎn)的地方，戴著一款虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭盔來控制機(jī)器人，頭盔上帶有不同操縱桿。這樣，操作員的任何動作，都會立即由機(jī)器人表現(xiàn)出來。通過這些感官數(shù)據(jù)，當(dāng)操作人員移動手臂時，機(jī)器人就會做出類似動作。

據(jù)悉，這是日本一家名為Man-MachineSynergy Effectors研發(fā)的機(jī)器人，創(chuàng)始人是金岡博士，此前他在日本立命館大學(xué)機(jī)器人系任教。

廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院黃之峰副教授表示：“這很科幻，機(jī)器人可在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化環(huán)境實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)等任務(wù)，而搖操作也是目前比較現(xiàn)實(shí)的做法。這么大的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同操作，系統(tǒng)集成的復(fù)雜度很高?！?p>

既能握足球，也能手持“金箍棒”

由圖可知， 這是一種由觸覺設(shè)備控制的巨型人形機(jī)器人，與我們平時看到的人形機(jī)器人并不相同。在特殊情況下，類人機(jī)器人確實(shí)需要更大尺寸，也正因此它們在建筑工地和自然災(zāi)害地區(qū)非常有幫助。

機(jī)器人最重要的部分是手，如下圖，它能握持棍子和足球。組裝機(jī)器人時，工作人員將一個人形上身機(jī)器人，附著在一個大型機(jī)械臂的尖端，伴隨著工作人員在地面控制臺的指揮，機(jī)器人就像在太空中飛來飛去一樣自由工作。

據(jù)悉，“零式人機(jī)”專為繁重的工作、裝配線、救援或探索任務(wù)而設(shè)計(jì)，這些工作人類往往無法完成。它還能進(jìn)行高空重型機(jī)械化作業(yè)，其搭載的力控技術(shù)和功率放大控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在高處執(zhí)行高負(fù)荷任務(wù)。

在鐵路維修等艱難環(huán)境中，它能輕松地拿起重型物品。事實(shí)上，該公司并不算一家“萌新”企業(yè)，其成立于2007年。

創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)很早就意識到，這種能舉起大重量物品的巨型機(jī)器人是未來的趨勢之一，他們認(rèn)為這類機(jī)器人將經(jīng)常出現(xiàn)在各種工廠中，也會被相關(guān)機(jī)構(gòu)用于勘探或救援工作。

在那些需要人類攀爬并具備一定風(fēng)險的工作中，“零式人機(jī)”還具有提高工作效率、消除職業(yè)事故風(fēng)險、確保安全的優(yōu)勢。這樣一來，人類只需在安全舒適的環(huán)境中操作機(jī)器人，讓“零式人機(jī)”去從事繁重勞動即可。

不過，本身也從事此類機(jī)器人研究的黃之峰表示：“這款機(jī)器人的挑戰(zhàn)點(diǎn)目測有兩個：一是動力學(xué)模型，本身機(jī)械臂太重了，如果再加上末端抓取重物，這時沒有很好的動力學(xué)模型做配合，操作員要想進(jìn)行靈活操作會很困難。

二是這家公司或許應(yīng)該更詳盡地考慮雙臂運(yùn)動過程的實(shí)時避障規(guī)劃，這其中又分為兩點(diǎn)：其一需要更多的傳感器來實(shí)現(xiàn)全局視角信息的獲取;其二要考慮搖操作過程中如何把碰撞信息反饋給操作員?！?p>

曾設(shè)想將機(jī)器人用于福島第一核電站災(zāi)后處理

創(chuàng)始人金岡博士此前留校任教的立命館大學(xué)，是日本第一所開設(shè)機(jī)器人系的大學(xué)，也是一所積極進(jìn)行產(chǎn)學(xué)合作的大學(xué)。

他獨(dú)立倡導(dǎo)了人機(jī)協(xié)同效應(yīng)器的概念，二十余年來一直在研究機(jī)器人安裝技術(shù)。

他成立這家公司，是為了社會中實(shí)施先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)，公司也綜合了金岡博士的理念、以及機(jī)器人控制工程技術(shù)，并成為一家由日本立命館大學(xué)孵化的創(chuàng)業(yè)公司。

盡管“ 零式人機(jī)” 在這兩年才開始更加出名， 但該公司已有14年歷史。Man-Machine Synergy公司位于日本滋賀縣草津市，它沒有庫存、沒有生產(chǎn)線，而是與那些存在難以解決的問題的公司合作。

他把這種獨(dú)特商業(yè)模式成為“人機(jī)平臺”，并與一兩家大公司合作實(shí)現(xiàn)了這一商業(yè)模式。目前，他已把七個平臺設(shè)想為人機(jī)平臺，其余六個人機(jī)平臺正在等待實(shí)施。

該公司之所以選擇上述商業(yè)模式，也和金岡博士一段“屈辱”的經(jīng)歷有關(guān)。

2011年3月11日，日本發(fā)生大地震。金岡博士原本希望這些機(jī)器人，能在福島第一核電站事故現(xiàn)場發(fā)揮積極作用，結(jié)果卻毫無用處，根本沒有產(chǎn)生預(yù)期效果。

這次“事件”讓他強(qiáng)烈感受到機(jī)器人技術(shù)的無能為力，但他沒有放棄，并繼續(xù)研究和開發(fā)先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，終于在2014迎來轉(zhuǎn)機(jī)。

當(dāng)時，“零式人機(jī)”機(jī)器人研發(fā)的前期探索基本完成，同時他也找到了此前失敗的原因— — 機(jī)器人的控制力比想象中困難得多。

也就是說，機(jī)器人雖然可通過有限動作在一定程度上控制力，但尚未達(dá)到人機(jī)融合的需要。

日后，金岡博士提出了操縱力理念，其中不僅包括簡單地施加一種單向確定的力，還包括對不可預(yù)測的外力做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。

具體來說，轉(zhuǎn)矩可以帶來旋轉(zhuǎn)力、并能控制電機(jī)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩、與輸入轉(zhuǎn)矩的指令值相匹配。由于電機(jī)電流和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩幾乎成正比，所以一般通過控制電機(jī)的電流來控制轉(zhuǎn)矩。

以人類日常生活中的簡單動作開門和關(guān)門為例，開門的任務(wù)包括三個動作：首先握住門把手，然后轉(zhuǎn)動門把手，最后圍繞鉸鏈打開門。

這對一個不假思索就能掌控力氣的人來說非常簡單，然而用工業(yè)機(jī)器人來完成這項(xiàng)工作并不容易，首先它需要測量門的尺寸和鉸鏈位置，然后通過某種方式提前測量門把手的形狀和運(yùn)動。

期間，必須分解一個個動作，并將系列動作放到機(jī)器人中， 比如準(zhǔn)確地抓住門把手，準(zhǔn)確地圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，然后沿著以鉸鏈為中心的弧線移動。

如果機(jī)器人稍微多移動一點(diǎn)，它就會打破門，而這正是金岡博士提倡的動力操控技術(shù)正是要攻克上述難題。

下圖是他繪制的機(jī)器人圖，圖片的上半部分是“自主型”，它是一種通過預(yù)先編寫程序，并根據(jù)程序進(jìn)行操作的方法;下半部分是“操作控制型”，人類可以實(shí)時操作并靈活執(zhí)行程序以外的任務(wù)。

按需生產(chǎn)機(jī)器人，避免貨砸手里

如今，金岡博士走的是先獲取客戶、再定制產(chǎn)品的路線， 其一可以按需生產(chǎn)機(jī)器人，其二還可避免盲目生產(chǎn)，導(dǎo)致貨砸在手里。

目前該公司已和兩家日本公司JR West和Nippon Signal合作，實(shí)現(xiàn)人機(jī)平臺的早期商業(yè)化。

JR West是一家鐵路公司，該公司的主要業(yè)務(wù)之一是在夜間維護(hù)鐵路架空線。以前，技術(shù)工人要在高海拔地區(qū)從事這項(xiàng)工作，但有了“零式人機(jī)”機(jī)器人，即可在偏遠(yuǎn)地區(qū)代替人工。

金岡博士表示，JR West公司對鐵路的安全運(yùn)營有著強(qiáng)烈的使命感和責(zé)任感。而他和公司該做的是提供可行的解決方案，而不單單是提供一個單一技術(shù)。

如下圖，這是該公司和JR West公司合作的通用人形重型機(jī)械“太空重工”的PoC原型，目前尚未作為產(chǎn)品完成。

此外，自2021年7月1日起，該公司已開始生產(chǎn)和銷售原始人形重型機(jī)器“零式人機(jī)”的動作玩偶和立體模型。該人偶是3D打印機(jī)制作的人偶，以1/35的比例再現(xiàn)了“零式人機(jī)”。

2021年末，金岡博士預(yù)計(jì)將開始一項(xiàng)驗(yàn)證測試，屆時機(jī)器人將使用工具擰緊螺絲，并能執(zhí)行噴漆動作，測試成功之后，“零式人機(jī)”即可參與軌道上架空電線的維護(hù)工作。

2025年，金岡博士還將推出接近人形的重型機(jī)器。該公司表示，屆時該機(jī)器人可將“力漸進(jìn)雙邊控制”技術(shù)與人機(jī)相結(jié)合，機(jī)器人可根據(jù)人的直覺意圖執(zhí)行任務(wù)。該公司希望在2025年大阪-關(guān)西世博會舉行時，將這款機(jī)器人投入實(shí)際運(yùn)行。

據(jù)悉，它旨在在危險場所工作，包括在核電站處理危險化學(xué)品的設(shè)施。在與日本石油供應(yīng)商Eneos的聯(lián)合試運(yùn)行期間，機(jī)器人成功將燒杯中的液體倒入量筒，并用手推動進(jìn)行運(yùn)輸。 （綜合整理報(bào)道）（編輯/克珂）