近年，仿人機器人的研發(fā)取得了重大進(jìn)展。Rollin’ Justin 是由德國航空航天中心 (DLR) 研制的一款機器人，能夠完成復雜的雙手動(dòng)作，由于采用了移動(dòng)平臺，可以在房間中行動(dòng)自如。它是一種服務(wù)機器人的雛形，未來(lái)可以幫助人們完成日常家務(wù)或在倉庫里搬送物品。對運動(dòng)順序至關(guān)重要的快速通訊通過(guò) EtherCAT 來(lái)實(shí)現，與此同時(shí)，由倍福的 TwinCAT PLC 自動(dòng)化控制軟件實(shí)現精細的控制。

   德國航空航天中心（DLR）位于德國 Weßling 市，Rollin’ Justin 機器人是其十多年的研究成果。這種人形移動(dòng)式機器人是在由DLR研發(fā)的輕型機械臂和機械手基礎上研制而成（例如，用于太空維護工作的機械臂和機械手）。通過(guò)旋轉和移動(dòng)底座可擴大機器人的抓取范圍，底座裝有4條獨立的、可靈活伸縮的機械腿。這與人通過(guò)身軀和腿的運動(dòng)擴大活動(dòng)半徑相類(lèi)似。“Rollin’ Justin上半身可自由旋轉 43 度，并配有扭轉傳感器；共有 51 個(gè)關(guān)節，可以完成高度靈活的運動(dòng),，能夠靈敏地進(jìn)行操作和交互運動(dòng)。該機器人的雙手可以嫻熟地操作物體，例如搬移木箱或者沏茶。后者需要復雜的動(dòng)作協(xié)調性。機器人必須一只手抓住茶葉罐，另一只手旋開(kāi)它。然后，將茶葉粒倒入飲用玻璃杯。此時(shí)，通過(guò)手指輕扣塑料容器，精確地控制茶葉用量。最后將水從水瓶倒入茶杯。

   扭矩傳感器實(shí)現敏捷操作

   視操控動(dòng)作的不同，需要較松或較緊地協(xié)調手臂和手的動(dòng)作：例如,抓起如木箱之類(lèi)的大型物體時(shí)，兩個(gè)手臂必須緊密地協(xié)調工作。另一方面，旋開(kāi)螺帽，要求手和臂完成良好的同步運動(dòng)。此外，Rollin’ Justin 也可以與人和周邊環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。當撞到某物或者觸碰到物體或者人時(shí)，它可以感知并立即中止動(dòng)作，或者詢(xún)問(wèn)是否應繼續工作。通過(guò)集成的語(yǔ)音識別系統，該機器人可識別約 100 個(gè)單詞且能將其組成有意義的短語(yǔ)。此外,它還可以通過(guò)內置攝像頭采集周?chē)h(huán)境信息并識別目標，從而調整自己的運動(dòng)方向。如在手指中安裝扭矩傳感器，確保 Rollin’ Justin 可以靈敏地抓起像草莓之類(lèi)的物體且不擠碎它們。機器人的腳的活動(dòng)范圍可調：當執行高動(dòng)態(tài)性動(dòng)作或者大范圍移動(dòng)動(dòng)作時(shí)，Rollin’ Justin 可伸展開(kāi)腿，擴大底盤(pán)范圍，從而穩定上部軀體。需要穿過(guò)狹窄通道時(shí)，它會(huì )再次縮回腿。

   “通過(guò) EtherCAT，我們找到了理想的通信系統.”

   Klaus Kunze，來(lái)自德國航空航天中心機器人系統部機器人與機械電子研究所。他說(shuō)，“研制Rollin’ Justin 時(shí)，使用第三方供應商成熟的硬件組件，使我們節省了大量耗時(shí)的研發(fā)工作。”“我們主要根據所需的目標功能和緊奏型設計來(lái)選擇組件。”

   然而，這給德國航空航天中心帶來(lái)的挑戰是：必須整合各種不同的實(shí)時(shí)協(xié)議。采用了通過(guò) CAN、CANopen、SERCOS、SpaceWire 和 EtherCAT等實(shí)現通信的組件。這些不同現場(chǎng)總線(xiàn)之間的轉換由 EtherCAT 從站上的倍福 TwinCAT PLC 自動(dòng)化軟件完成?？刂扑枞繑祿ㄟ^(guò) Matlab®/Simulink® 環(huán)境中的一個(gè)具有實(shí)時(shí)功能的總線(xiàn)協(xié)議同步傳輸。該環(huán)境安裝在一臺獨立的實(shí)時(shí)計算機上，并由該計算機控制整個(gè)平臺（包括機器人上部軀體）。“我們需要這樣一個(gè)解決方案，一方面支持這些組件的通信技術(shù)，另一方面不影響這些組件的性能。例如，可以實(shí)現 1 毫秒的 SERCOS 驅動(dòng)周期時(shí)間和較短的靜區時(shí)間。”Klaus Kunze 說(shuō)。通過(guò)倍福的標準 EtherCAT 端子，完美地實(shí)現了力傳感器和伺服驅動(dòng)的連接。倍福的 SSI 終端從機器人腿的位置傳感器采集數據。機械臂和軀干的 SERCOS 驅動(dòng)器則通過(guò)倍福的 SERCOS 主站 PCI 插卡連接。Rollin’ Justin 為德國航空航天中心提供了一個(gè)優(yōu)異的試驗平臺?；谠撈脚_，可以完成計劃用于復雜的雙手操作任務(wù)的控制策略和智能動(dòng)作。目前來(lái)說(shuō)，將移動(dòng)式服務(wù)機器人用于搬運木箱或沏茶等家務(wù)的家庭助手仍然屬于將來(lái)的一個(gè)夢(mèng)想。

   德國航空航天中心 (DLR) www.dlr.de/en

  EtherCAT www.beckhoff.com/EtherCAT

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