Kenshiro:拥有160块肌肉的强大机器人

经过多年的研究开发,日本东京大学研究出一台拥有160块人造肌肉、并通过肌腱进行控制的人形机器人。在身高仅为1.58米的机器人中,一共使用了大约100台maxon无刷电机,从而能作出近似真人的动作。

东京大学研制出通过肌腱进行控制的人形机器人,能够逼真地模仿真人动作。这台机器人被命名为Kenshiro,与日本80年代著名漫画系列中的英雄主角同名。在机器人的研制过程中,日本研究人员参考了大量人体解剖学资料,以期能制造出酷似真人的机器人。“我们想要透彻地了解人体的动作和外观,并将这些特征尽量真实地反映在Kenshiro身上”,冈田慧教授解释说。这台机器人身高1.58米,体重50公斤,相当于一名十二岁的日本男孩。

为了与人体结构尽可能相同,Kenshiro被“赋予”了人体最重要的多块肌肉:腿部共50块,躯干部共76块,肩膀共12块,颈部共22块。在目前所有的人形机器人中,Kenshiro所拥有的肌肉数目最多。以真人作为比较:人体全身共有约640块肌肉,因此是最为复杂的生物结构。这160块“肌肉”可以通过肌腱进行控制,因此Kenshiro可以模仿很多人体动作,但却无法完全像真人一样行动,因为人体的生物运动模式极其复杂。Kenshiro可以移动它的手臂、腿和上半身。但要和真人一样走路,它还得再多加学习。机器人如何“学习”人类的动作呢?很简单,只要有人在它面前做一个动作,它就会模仿。

器人所采用的学习方法非常简单,只需要借助一个开源智能软件和一个机械界面。但在学习行走时,所需要的可不止这些。
Kenshiro的“骨骼”由铝合金制成,与人类骨骼类似,骨骼之间相互连接并能自由活动。如何将机器人重量控制在50公斤,是由稻叶雅幸教授所领导的团队所必须克服的最大挑战。如果要将机器人制成成人体型,那么重量就会达到约100公斤,这就意味着负载更大、能源消耗更高且动作更加缓慢。

160块肌肉,93台电机

东京大学情报理工学系研究所 (JSK) 的研究人员选用了maxon motor的产品作为机器人的动力系统。Kenshiro的160块肌肉的动力都来源于93台maxon EC (BLDC) 电机。其中,特殊肌肉(例如腹肌和胸肌)的伸展只需要一台马达的动力。为此使用了maxon motor无刷电机EC 16和EC 22。这种电子换向的伺服电机具有转矩性能佳、功率高、转速范围大和使用寿命长等特点。其它肌肉的伸展则需要用到更为强大的BLDC电机:功率在60至100 W之间的maxon电机。此外,电机的温度变化也是在选择电机时必须考虑的重要因素。由于无法在机器人体内降温,因此冈田慧教授认为,电机自身仅会产生极小的温度对于电机的选择极为重要。

JSK自1980年起便开始研制各种不同的机器人,最初着重于各种服务型机器人,接着是工业机器人,到现在已经能够造出Kenshiro这样的人形机器人。与所有前身型号例如Kenta、Kataro、Kojiro、Kenzoh一样,这类机器人的目的都在于精确地模拟人体。这当然也包括要具备与人类相似的外表。因此,日本研究人员目前正致力于研发适用于机器人的皮肤。在不久的将来,Kenshiro将能够主动地与周围环境互动。下一个目标是要让Kenshiro更平稳、更长时间的行走。

 © maxon motor ag

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