人形机器人面临技术突破的“奇点”

从“阿特拉斯”的惊艳后空翻到“菲多尔”人形机器人会使用各种工具，标志着机器人技术已从行走、单腿站立、跳跃、上下楼梯、躲避障碍物等低层次机械重复动作，向后空翻、开枪射击、自主导航等“高大上”精细运动技能方向发展。尤其是美国“索菲娅”人形机器人首次被沙特授予公民身份，加速了人形机器人的“合法化”进程。

人形机器人技术的突飞猛进，得益于人工智能技术的快速发展，取决于巧妙绝伦的仿生结构设计和日新月异的驱动控制技术。

结构设计科学合理

所谓人形机器人，是指模仿人类双腿步行的仿生机器人，它具有一定智能水平，是仿生机器人中更灵巧、更智能的复杂机器人系统。合理的仿生设计是人形机器人发挥功能作用的基础。

其结构设计是基于仿生学原理，在提取人类结构精髓的基础上进行简化，开发出由各种关节组成的高度灵活性的类人机器人，通常由驱动机构、连杆机构、传动机构、减速机构、传感器和控制器等组成，模仿人的运动生理结构。

“阿特拉斯”人形机器人是由模拟人体结构和外形大小的两条胳膊、两条腿、躯干和头部等组成，其身高1.88米，重150千克。韩国“HUBO”机器人结构设计独特，在双膝上装有主动驱动轮，脚上配有被动轮，使其能在平地上快速而稳定地运动。美国卡内基·梅陇大学的“CHIMP”机器人采用可变形结构，使其既能像人类一样双腿直立，亦可将两个下肢变形成两个履带，或将四肢均变形为履带结构，还可根据任务不同灵活变换结构，如采用双履带结构移至车门，用双臂开门，随后变形为双腿直立结构下车。

驱动技术日新月异

驱动技术是人形机器人的动力来源。人形机器人一般采用液压、电机、形状记忆合金和气动人工肌肉等驱动技术，凭借良好的抗干扰性能，人形机器人一诞生就备受关注。

最初的“阿特拉斯”人形机器人是基于波士顿动力公司早期的“佩特曼”人形机器人研发改进而来，全身采用28个液压驱动关节，动力来自于功率为15千瓦的480伏三相电源，配备嵌入式液压泵，使用身体和腿部的传感器维持平衡，能够实现对闭环位置和力量的控制，具有出色的行走、单腿站立、跳跃、上下楼梯、躲避障碍等能力。改进型“阿特拉斯”去除了电源插头，更新了除小腿和脚之外约75%的系统，配备新型液压泵，调整了其臀部、膝盖和背部的驱动器，能在摔倒后自行起立，并具备无线通信能力。

动力装置采用可持续供电1小时的3.7千瓦锂离子电池，这是机器人最终能走出实验室的关键。日本“HRP-2”人形机器人采用电机驱动技术，配装紧凑型液冷电机和高输出驱动模块，能够实现在高转速和高转矩状态下不产生过热问题。

控制技术日臻成熟

运动控制和功能控制是人形机器人控制的主要内容。其中，运动控制涉及步态规划、步态控制以及高难度精细动作控制。如何设计步行机器人的腿间作用机制，实现复杂地形条件下的身体平衡自适应调整，生成稳健自如的自由步态，是必须解决的关键问题之一。

在“机动性与操纵能力最大化”项目下，美国国防部高级研究计划局已与多家研究机构签订合同，开展机器人控制技术研究，涉及基于环境的动态步态选择、身体重心调节以及动态稳定控制等多个方面。美国HRL实验室还将开展腿形运动、生物运动调节、深化对生物运动的认知研究，使人形机器人无论是在一马平川的平坦地面，还是在崎岖不平的山区，都能获得高速、灵巧的运动能力。

美国“阿特拉斯”和俄罗斯“菲多尔”机器人运动控制的重点主要集中在高难度精细动作的突破上。“阿特拉斯”人形机器人配备嵌入式实时控制计算机、激光雷达、立体传感器、专用传感器和感知算法软件等，可实时感知并计算控制力，不但能使身体在运动控制中保持平衡，还具备强大的目标探索识别能力，能够在室内和室外进行自主导航。

俄罗斯“菲多尔”人形机器人具有灵活的手指，可以使用各种工具，并具备一定的自主学习能力，能在规定场景中拿起仪器并操作，尤其是具备精准的射击能力，使其在军事作战方面表现出巨大的潜力。该机器人将成为俄罗斯“联邦”号新型宇宙飞船2021年首飞时的唯一“乘客”，并将参与2031年俄罗斯的探月计划。

随着人工智能技术研究的持续深入，各种高智能、多功能、反应快的人形机器人将不断“横空出世”。目前，一些军事强国正在积极研发具有一定思维、分析和判断能力，能够辨别敌我的“机器人士兵”，它们不仅能从事繁重的勤务支援保障工作，还可以直接遂行作战任务。届时，组建人形机器人部队走上一线战场，将不再是科幻大片的场景。

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。