人形机器人,又称仿人机器人或类人机器人,指具有人的形态和功能的机器人,具有拟人的肢体、运动与作业技能,以及感知、学习和认知能力。
早稻田大学研制的WABOT-1于1967年诞生。
本田技研工业的人形机器人ASIMO在2000年推出,能够实现0-6km/h的行走速。
波士顿动力公司Atlas机器人2009年问世,原型机于2013年7月向公众公开。2022年10月1日,人形机器人
擎天柱optimus原型机正式亮相。
特斯拉展示了人形机器人在汽车工厂搬运箱、浇水植物、移动金属棒的视频。2023年11月,工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》指出,加强安全治理能力,提升人形机器人功能安全性能,确保相关技术产品对人和环境友好。
历史发展
初步行走阶段
人形机器人的发展史可追溯到15世纪的
列奥纳多·达·芬奇时代,现代意义上的人形机器人研制源自20世纪上半叶的美国,但真正深入的研究则始于20世纪60年代。早稻田大学研制的WABOT-1于1967年诞生,该机器人高约2m,重160kg,配备肢体控制系统、视觉系统和语音交互系统,拥有仿人双手和双腿,全身共26个关节,胸部装有两个摄像头,手部装有触觉传感器。尽管WABOT-1的行动能力仅相当于一岁多的婴儿,但它的问世代表人类已初步实现全尺寸人形机器人双足行走,意义重大。其主要创造者加藤一郎被誉为“世界仿人机器人之父”。
能力破冰时期
本田技研工业的人形机器人ASIMO在2000年推出,能够实现0-6km/h的行走速度,可实时预测下一个动作并提前改变自身重心,还能与人握手、向人挥手,随音乐起舞等。该款机器人多年来历经数次迭代,最后一代具备多种综合能力,如可利用
传感器避障、预先设定动作、依据人类声音和手势等指令采取相应动作、进行基础的记忆与辨识等。
国防科技大学于2001年12月独立研制出中国第一台仿人机器人。
技术突破发展阶段
波士顿动力公司Atlas机器人2009年问世,原型机于2013年7月向公众公开。Atlas采用液压驱动电液混合模式,融合了光学雷达、激光测距仪、TOF深度传感器等设备的技术能力。经过几次优化,目前的Atlas通过RGB摄像头和TOF深度
传感器获取环境信息,利用模型预测控制器技术(MPC)跟踪动作、调整发力和姿势动作等,在28个液压驱动器的推动下可在复杂障碍环境内做出跳跃、翻滚、小跑、三级跳等一系列高难度动作。
产业化落地阶段
截至2023年,
特斯拉optimus机器人是人形机器人最前沿的代表之一。Optimus出现的意义不仅在于其具备精确把控动作力度、看路记路、根据人类动作范例进行端到端动作操控等惊人能力,更在于其与遍布全球道路、拥有大量数据和实践经验的特斯拉汽车共享神经网络(NN),且二者安装了相同的完全无人驾驶系统(Full Self-Driving,FSD)。FSD包含多个
传感器、
计算机、人工智能技术和算法,以及导航和地图数据等,帮助汽车和机器人在各类环境中实现感知、决策和行动。
特斯拉基于汽车的技术、品牌和市场积累,通用能力尤其是在顶层数据和技术开发上的突破向机器人迁移,长期看这有助于人形机器人成本的下降。用埃隆·马斯克的话说,自动驾驶的本质其实就是机器人。
构成要素
现代的人形机器人一种智能化机器人,例如ROBOT·X人形机器人,在机器的各活动关节配置有多达17个伺服器,具有17个自由度,特显灵活,更能完成诸如手臂后摆90度的高难度动作。人形机器人随音乐起舞、行走、起卧、武术表演、翻跟斗等杂技以及各种
奥运会竞赛动作。ROBOT·X人形机器人采用世界著名的
日本FUTABA伺服器,具有高扭力、高转速、高稳定、反应灵敏、无抖动、转动角度大等优点,超快速高精度金属
齿轮,耐冲击。
特点
人形机器人具有强大的环境适应能力、拟人化工作能力和亲近感,可以广泛应用于工业生产、社会服务、救援救灾等领域。人形机器人的出现意味着可以取代人类从事危险、重复和乏味的工作,成为一种多任务通用型机器人。人形机器人技术的突破带来大规模应用,有望解决未来社会劳动力短缺的难题,并对经济和社会发展带来颠覆性的影响。
代表性机器人
NAO Next Gen
作为世界上应用最广泛的新一代可编程仿人机器人之一,NAO Next Gen由Aldebaran Robotics公司研发生产,为使用者开启了新的应用领域和发展前景。该型机器人具有强大的计算能力,能够更出色地完成交互行为,运行更加稳定,动作更加精确流畅,也因此提高了Nao机器人在研究和教育领域的应用能力,扩大了Nao的应用范围和使用人群。该款机器人所采用的新技术中,值得关注的是采用了强大的IntelAtom处理器的机载
计算机,处理器的频率为1.6Ghz,能出色完成多任务计算;两台高清摄像头可与FPGA连接,同时接收两路
视频流,此外,摄像头的视野感光敏感度也有了很大的提高,即使在照度较低的情况下,也能有效地进行人脸及物体识别。除了硬件的创新之外,NAO Next Gen还配备了名为“Nuance”的新的语音识别程序,使得语音识别更快、更可靠。该语音识别程序与一种新的
Microsoft Word spotting功能连接,可以提取并识别一句句子或者一段对话中的关键词。
CyberOne
2022年8月11日,小米分享了在智能机器人探索方面的最新进展,小米首个全尺寸人形仿生机器人CyberOne正式亮相。小米全尺寸人形仿生机器人 CyberOne身高177cm,体重52kg,艺名为“铁大”。CyberOne的智能与机械能力,全部由小米机器人实验室自研完成。这背后有无数的软件、硬件和算法的开发工作。人形机器人被认为是智能机器领域,技术集成度最高、难度最大的挑战,小米还处于刚刚起步的第一阶段,Cyberone每天都在学习新技能。
通用人形机器人H1
2023年8月18日,WRC
世界机器人大会在北京
北京经济技术开发区召开,宇树展示了四足机器人、灵巧机械臂、4D激光雷达,还发布了首款“通用人形机器人H1”。宇树的工作人员表示,H1预计将在2023年第四季度左右开始发货,零售价位将在几十万人民币以内。宇树通用人形机器人H1关键尺寸为(1520+285)/570/220mm,大腿和小腿长度400mm×2,手臂总长338mm×2;关节单元极限扭矩:
膝关节约360N・m、
髋关节约220N・m、
踝关节约45N・m、手臂关节约75N・m;行走速度大于1.5m/s,潜在运动能力>5m/s;内置15Ah电池,最大电压67.2V。该机器人搭载2个
英特尔酷睿i71265U,配备3D激光雷达+深度相机,还可选配灵巧手。
参考资料
人形机器人.OFweek机器人网.2023-11-23