英國科學家研制類人機器手臂

　　　BRL是英國西英格蘭大學和布里斯托爾大學聯(lián)合成立的機器人實驗室，受英格蘭高等教育基金管理委員會資助，也是英格蘭zui大的機器人實驗室。該實驗室主要研究*機器人和自動化系統(tǒng)。實驗室主任Chris Melhuish教授表示：“服務機器人有一些矛盾的地方——如果一個機器人好到可以讓人使用，它同時也就會強大得足以產(chǎn)生危險。因此，我們必須有一些物理和行為上的安全系數(shù)，使得機器人在這些系數(shù)之下是受控的。”

　　　要使機器人的手臂具有人臂一樣的功能，zui基本的條件就是要像人一樣具有腕、肘及肩關節(jié)等類似的動作。據(jù)英國《工程師》雜志報道，BRL研制了一個手臂組裝件，包括上半身和兩條手臂，每條手臂安有人類所有的關節(jié)，可以*自由地活動。手臂會從手指的觸覺傳感器收到反饋信息。BRL的人形機器人手臂組裝件是一個裝有多個傳感器、制動器和微處理器的系統(tǒng)，通過控制器局域網(wǎng)CAN界面相互。從手指到肩膀的每個制動器都受控才能保證整體運動類似人類。CAN是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡。

　　　多數(shù)動物的觸覺器是遍布全身的。對人來說，觸覺是除視覺以外接受外界信息量zui多的感官。但是，視覺系統(tǒng)造價昂貴，控制復雜，因此，給機器安裝上恰當?shù)挠|覺傳感器具有重要意義。在具有類人外表的同時，BRL研制的控制系統(tǒng)必須能夠利用系統(tǒng)中的強交叉耦合，允許粗糙的運動和精細的手指尖的微制動。手和手指上有關力量、溫度和表面形狀、質(zhì)地的傳感器得到的信號必須保證安全，并與外界交互。控制系統(tǒng)還必須在粗糙的高能制動和精細的手指尖微制動間尋求平衡，以保證可以更真實地模仿人類的特點。另外，控制系統(tǒng)還要考慮機器人的實際限制，比如，通過一個CAN實現(xiàn)高度分散的特征之間的。

　　　人在移動時省力的辦法就是使肌肉的作用力zui小化，這也是BRL的研究人員想讓機器人具備的。因此，他們必須測量人類的肌肉運動，并為機器人建模。在布里斯托爾大學，有一位教師進行的研究就是利用傳感器測量人類和動物的運動。實驗室機器人類人控制途徑研究的負責人Guido Herrmann博士說：“我們正好可以從他的數(shù)據(jù)中得到想法，并把他的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為我們自己的運動法則。”

　　　據(jù)Herrmann介紹，分散的控制系統(tǒng)給研究人員造成了眾多挑戰(zhàn)。如每個制動器和傳感器都只有有限的數(shù)據(jù)，但研究人員需要控制所有數(shù)據(jù)。由于控制系統(tǒng)受限于電線可以傳送的信息量，因此需要在各部位就地進行決策。Herrmann使用了分布式智能和多層抽象層的方法來克服這個限制。

　　　從一條手臂開始，研究人員打算模仿整個機器人的動力學原理，然后設計像機器一樣運作快速的控制器。之后，在兩只手臂內(nèi)植入相互作用的兩條CAN數(shù)據(jù)傳送線，然后加入更多分散的傳感器。這一項目的zui終目的是要發(fā)明新辦法，使得機械手臂可以根據(jù)它們讀到和理解的文本指示內(nèi)容完成任務。Melhuish說：“如果你給機器人讀一個悲傷的故事，它應該可以辨別出你悲傷的表現(xiàn)，并能作出相應的回應。如果兩個人一起完成一項任務，如一起倒咖啡，一個人拿杯子，另外一個人倒。這個動作很容易觀察到，但是動作和交互作用很難在機器人身上實現(xiàn)，要作大量努力。”

　　　“不需要坐在500米開外看他做動作，我們要和它交流。”Melhuish說，“我們的機器人要設置內(nèi)容，而不僅僅是展示機械。正如你手把手地教孩子如何切面包，我們想要教機器人如何工作。”