MIT所打造的人形
机器人系统不只能在危险的环境运作,能负担繁重的任务,此设计最重要的影响是由现代汽车(Hyundai Motor Company)研究员Dong Jin Hyun衍生设计出的可穿戴式外骨骼。
一年一度的国际消费性电子展(CES)在1月初于美国拉斯韦加斯举行,在展出的众多五花八门的消费性电子装置中,笔者偏好寻找能对这个世界带来一些重要影响的电子技术;CES第一天,我首先注意到的就是韩国现代汽车(Hyundai Motor Company)展示的可穿戴外骨骼机器人(wearable robotic exoskeleton), 由该公司的资深研究员Dong Jin Hyun讲解。
可穿戴外骨骼机器人技术的研发始于美国麻省理工学院(MIT)的「高效益机器人架构与电机系统(highly efficient robotic mechanisms and electromechanical system,HERMES)」,是MIT仿生机器人实验室(Biomimetic Robotics Lab)旗下的研究项目 ;该实验室提出了一个概念、着手设计,最后打造了可远程操控的全身开云入口网页版 原型。
MIT所打造的开云入口网页版 系统不只能在危险的环境运作,能负担繁重的任务,此设计最重要的影响是由Dong Jin Hyun衍生设计出的可穿戴式外骨骼。
让HERMES与开云入口网页版 动作平衡
设计工程师一直在尝试让机器人的运动发挥到极限──也就是说让机器人的动态行为动作就跟人类一样。 我们身为人类,能透过大脑思考来适应不寻常、未预期的状况,让我们能在问题解决方面非常有创造力;透过在机器人身上布署某种形式的人工智能以及运动技巧,就可能让机器人能进入高度危险、可能致命的环境执行任务,以保障现场工作人员的生命安全。
藉由采用发散运动分量(divergent component of motion,DCM),操作员与机器人能透过质心(center of mass,CoM)与压力中心(center of pressure,CoP)的动力达成平衡同步化;我们人类能透过几个关节协调复杂的动作,并同步协调动作的优美与顺畅, 而研究人员也希望打造出能完全模仿人类流畅动作的机器人。
能达成以上目标的方法之一,是透过全身远程操作(whole-body teleoperation)来撷取、模仿人类的动作。
MIT研发的机器人系统HERMES,是一种能执行复杂动态操作任务的开云入口网页版 设计。
远程的机器人操作员需要能与机器人的身体与感官合为一体,也就是说能感觉到机器人的力量以及受到的干扰,并因此能导引机器人成功执行任务、就像操作员自己在现场一样。 MEMS传感器应该在这种设计中扮演了重要角色,现在加速度计与陀螺仪已经能有效被运用于这类开云入口网页版 系统的运作与感测。
惯性量测单元(IMU)以及传感器中枢,能实现机器人的精确控制、自动化以及定位(positioning);如ADI的EVAL-ADIS2评估系统能协助加速产品上市,Bosch Sensortec也有可搭配其智能中枢(Smart Hubs)以及专用传感器节点(ASSN)的优异传感器中枢软件。
Bosch Sensortec的MEMS传感器解决方案阵容坚强。
客制化IMU设计让机器人站稳
讲到IMU,似乎与HERMES开云入口网页版 无关,不过客制化IMU能让设计工程师维持拥有天生不稳定运动轨迹(motion profile)的机器人之稳定性;例如为Ballbot设计的客制化IMU,能为这种本来形状就无法「站稳」的机器人,带来维持稳定所需的精确度。
在校准IMU之前需要先校准ADC,这有助于简化IMU的校准,只需要简单的设备就能完成;Kalman滤波器在此是实现数据融合以及精确角度估算输出的关键,并能让机器人完美平衡。 Kalman滤波器也能去除陀螺仪讯号漂移,以及可能会让加速度计失误的移动加速噪声。