詳解歐洲頂尖實驗室DLR研發的人形機器人

詳解歐洲頂尖實驗室DLR研發的人形機器人

來源 | 機器人大講堂

原創 | 堂博士

DLR是歐洲最優秀的機器人實驗室之一，90年代初期其因為希望將機械手臂送上太空代替人類，開始開發輕量化機械臂，擁有LWR，Hasy，人形機器人Justin和TORO等多個知名機器人。最近，YouTube上一段TORO機器人控制平衡的視頻引來不少點擊，其實TORO機器人已經經歷了幾個版本的“升級”，今天我們就來介紹一下德國宇航局的人形機器人TORO以及它的伙伴們。

大家看TORO的樣子，有沒有覺得它和我們之前介紹過的一款名為Rollin'Justin的人形機器人有些像，Rollin'Justin也出自DLR實驗室，曾向我們展現過優秀的家務能力，還能協助太空宇航員。

（機器人Rollin'Justin）

有腿的仿人機器人要能執行多種任務。它們要能與環境互動，遇到外部障礙時能扭轉身體，同時還要保持穩定協調的平衡。

為此，研究人員提出一種新的控制方法，把多級別控制和平衡結合。他們在仿人機器人TORO身上模擬了這種方法。為了達到恰當平衡，他們先把所有的任務力/力矩分配到終端受動器，然后按照任務級別映射到連接空間。

TORO的總重量約為75千克，高度約為160厘米。是基于前DLR-Biped雙足類人機器人設計而來。為了適應腿部基礎并減少行走時的負荷，研究人員重新設計了髖部結構。前兩個肩關節由DLR輕型機器人手臂的一部分組裝，而其余部分則是定制的。

為了與環境相互作用，TORO的手臂配備了鉸接式指針。由于TORO將主要用于研究與全身動力學相關的控制導向問題，因此研究人員決定使用相當簡單但堅固的假手。

這些手能夠與環境進行多種交互，但在靈巧操作方面則受到一些限制。對于環境感知和運動估計，該系統配備有立體攝像頭，IMU和Kinect傳感器的致動頭。

下面這個機器人是DLR研發的擬人機器人David。以前David是被稱為DLR手臂系統，具有可變剛度執行器（VSA）的關節，其在傳動系中具有機械可調節的靈活性。其發展的一個目標是接近人的能力，特別是在動力學，靈活性和穩健性方面。該機器人于2010年首次公開展出。

別看David是一個成年人的樣子，重量只有26公斤，具有41個自由度，165個位置傳感器，據說在與人類相近的工作空間內，其工作速度可以與人類相媲美。David對機械彈簧產生的沖擊具有很強的抵抗力，所有關節都具有可變剛度，能實現通過彈簧儲能的動態運動。

和Rollin'Justin長得比較像的另一個機器人叫SpaceJustin，是一個人形上身，由兩個輕型機器人手臂，兩個DLR-HIT手，一個軀干和一個頭部組成。

DLR還研發過一個蜘蛛外型的Crawler機器人，足跡5厘米x 38厘米，離地間隙最大12厘米。質量3.66千克，具有18個活動腿關節。有效載荷為3公斤，速度高達20厘米/秒，該機器人于2008年首次向公眾展示。

針對地面和地外探測，研究人員為DLR Crawler開發的所有運動和導航相關算法都集中在先驗未知的GPS拒絕環境。DLR爬行器的步態算法采用高度靈活，分散的方法，其中相鄰的腿通過抑制或激發步伐運動而相互影響。

因此，DLR爬行者的步態不顯示固定模式，而是根據命令速度和腿與當地環境的相互作用而出現。為了在未知地形中導航，DLR Crawler還裝有立體攝像頭，基于半全局匹配的立體視覺算法，機器人可評估地形的可穿越性，并僅根據其車載傳感器獲取的信息計劃到達目標。