由德國宇航中心（German Aerospace Center，簡稱 DLR）成功研制的名為“Rollin’ Justin的服務(wù)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的雙手操作，并且，它采用的是移動(dòng)平臺(tái)，因此其行動(dòng)也非常自如。它是一款服務(wù)機(jī)器人樣機(jī)，未來，服務(wù)機(jī)器人將融入人們的家庭日常生活，幫助人們完成日常的家務(wù)勞動(dòng)或者在倉庫里搬送貨物。

既會(huì)搬箱子又會(huì)泡茶的服務(wù)機(jī)器人“Rollin,Justin”

      近年來，仿人機(jī)器人，即類人型機(jī)器人的的發(fā)展取得了重大進(jìn)展。由德國宇航中心（German Aerospace Center，簡稱 DLR）成功研制的名為“Rollin’ Justin”的機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的雙手操作，并且，它采用的是移動(dòng)平臺(tái)，因此能夠在房間各處行動(dòng)自如?！癛ollin’ Justin”是一款服務(wù)機(jī)器人樣機(jī)，未來，服務(wù)機(jī)器人將融入人們的家庭日常生活，幫助人們完成日常的家務(wù)勞動(dòng)或者在倉庫中搬送物品。運(yùn)動(dòng)順序所需的高速通訊通過EtherCAT 實(shí)現(xiàn)，而控制則由 Beckhoff TwinCAT PLC 自動(dòng)化軟件實(shí)現(xiàn)。

      “Rollin’ Justin”是位于 Weßling 的德國宇航中心（GermanAerospaceCenter，簡稱 DLR）十多年的研究成果。這種人形移動(dòng)式機(jī)器人是在由 DLR 研發(fā)的輕型機(jī)械臂和機(jī)械手（例如用于進(jìn)行航空維護(hù)工作）的基礎(chǔ)上研制而成的。機(jī)器人抓取范圍的擴(kuò)大通過旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)底座上實(shí)現(xiàn)，底座上安裝了四條獨(dú)立的、可靈活伸縮的機(jī)械腿，這與一個(gè)人在擴(kuò)大其活動(dòng)半徑時(shí)所進(jìn)行的軀干運(yùn)動(dòng)非常相似。機(jī)器人“Rollin’ Justin”僅上半身就有 43 度轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并配備了扭矩傳感器；總共有51 個(gè)關(guān)節(jié)，因此其運(yùn)動(dòng)非常靈活，能夠敏捷地進(jìn)行操作和交互運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的雙手非常靈活，能夠嫻熟地操縱物品，例如，它能夠搬運(yùn)箱子或者調(diào)制速溶茶，后者需要復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。機(jī)器人必須用一只手抓住才茶葉罐，以便用另一只手?jǐn)Q開它。然后，它將速溶茶顆粒倒入玻璃杯中，用一根手指輕拍茶葉罐以精確計(jì)量顆粒數(shù)量。最后，它將玻璃瓶中的水倒入玻璃杯中。

      使用扭矩傳感器實(shí)現(xiàn)敏捷操作

      視操作種類方式的不同，機(jī)器人的手和臂之間要求更松或更緊的協(xié)調(diào)：例如，在抓取較大的物體（如箱子）時(shí)，需要雙臂緊密協(xié)調(diào)。另一方面，擰開螺帽這一動(dòng)作需要手和臂的同步運(yùn)動(dòng)。此外，“Rollin’ Justin”還能夠與人類及其周圍環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)： 當(dāng)它撞到某個(gè)東西或碰到一個(gè)物體或者人時(shí)，它會(huì)馬上注意到這一情況并停止移動(dòng)，或者它會(huì)詢問是否要繼續(xù)工作。機(jī)器人體內(nèi)集成了一個(gè)語音識(shí)別系統(tǒng)，能夠聽懂將近 100 個(gè)單詞，并能夠?qū)⑦@些單詞結(jié)合起來變成有意義的短句。除此之外，它還能使用內(nèi)置攝像頭從周圍環(huán)境采集信息并能夠識(shí)別目標(biāo)，從而根據(jù)這些信息確定自己移動(dòng)的方向。扭矩傳感器的配備 — 例如在手指內(nèi) — 可確保“Rollin’Justin”能夠抓住外表皮十分脆弱的物體（如草莓），而不會(huì)將它們捏碎。機(jī)器人的抓地面積也是可變： 當(dāng)它在進(jìn)行高動(dòng)態(tài)動(dòng)作或需要特別長時(shí)間才能完成的動(dòng)作時(shí)，“Rollin’Justin”會(huì)通過增大其底座的抓地面積來穩(wěn)定住上半身；而這需要機(jī)器人伸出它的四條腿。如果需要穿過一個(gè)狹窄的通道，它則會(huì)再次收回腿。

      “我們找到了理想的通訊系統(tǒng) — EtherCAT”

      “在研制‘Rollin’ Justin’時(shí)，我們使用了由第三方供應(yīng)商提供的成熟硬件組件，幫助我們節(jié)省了很多開發(fā)時(shí)間?！眮碜?DLR 機(jī)器人及機(jī)電一體化研究所機(jī)器人系統(tǒng)部門的 KlausKunze 先生解釋道?！拔覀兊倪x擇主要是由所需的功能和緊湊型設(shè)計(jì)需要所決定的。但是， 這也給 DLR 帶來了不小的挑戰(zhàn)， 那就是他們必須將各種實(shí)時(shí)協(xié)議集成在一起。組件間的通訊通過CAN、CANopen、SERCOS、SpaceWire 和 EtherCAT 實(shí)現(xiàn)。這些不同的現(xiàn)場總線通過 Beckhoff EtherCAT 從站上的 TwinCAT PLC自動(dòng)化軟件映射?？刂扑璧乃袛?shù)據(jù)通過一臺(tái)用于控制整個(gè)平臺(tái)（包括上半身）的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)中的 Matlab/Simulink 環(huán)境中的一個(gè)具有實(shí)時(shí)能力的總線協(xié)議同步傳輸?！拔覀冃枰@樣一個(gè)解決方案：一方面它必須支持組件通訊技術(shù)，另一方面，這些組件的性能不會(huì)受到限制，如 SERCOS 驅(qū)動(dòng)器的周期時(shí)間僅為 1 ms，且死區(qū)時(shí)間短。我們找到了最理想的通訊系統(tǒng)，即EtherCAT?！盞laus Kunze 先生高興地說道。力傳感器和伺服驅(qū)動(dòng)器通過 Beckhoff 標(biāo)準(zhǔn)的 EtherCAT 端子模塊連接。Beckhoff SSI 端子模塊用于采集機(jī)器人腿位置傳感器中的數(shù)據(jù)。機(jī)械臂和旋轉(zhuǎn)底座的 SERCOS 驅(qū)動(dòng)器通過 Beckhoff SERCOS 主站 PCI 插卡連接?！癛ollin’ Justin”是一個(gè)極佳的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，DLR 可以利用它測試魯棒控制策略和智能行動(dòng)規(guī)劃的性能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的雙手操作任務(wù)。就目前來說，將移動(dòng)式服務(wù)機(jī)器人用作搬箱子或泡茶等家務(wù)的家庭生活好幫手仍然還只是一個(gè)對(duì)未來的夢(mèng)想。