ASIMOのしくみ

ロボットで夕食を作ったり、宿題をしたり、家を掃除したり、食料品を買ったりしたいですか？ロボットは、私たち人間がやりたくない、できない、または単にできない多くの仕事を、ロボットの対応物と同じようにすでに行っています。世界中の工場では、実体のないロボットアームが車を組み立て、キャンディーを箱に繊細に入れ、あらゆる種類の退屈な仕事をしています。床を掃除機で掃除したり、芝生を刈ったりすることだけが仕事であるロボットは、市場に数台あります。

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私たちの多くは、テレビや映画でロボットを見て育ちました。JetsonsのロボットハウスキーパーであるRosieがいました。データ、「スタートレック：次世代」のAndroidクルーメンバー。そしてもちろん、「スターウォーズ」のC3PO。今日作成されているロボットは、データやC3POの領域にはありませんが、その技術には驚くべき進歩があります。ホンダのエンジニアは、20年以上にわたってASIMOロボットの作成に忙しくしています。この記事では、ASIMOがこれまでで最も先進的なヒューマノイドロボットである理由を説明します。

本田技研工業は、Advanced Step in Innovative Mobilityの略で、世界で最も先進的なヒューマノイドロボットであるASIMOを開発しました。ASIMOのWebサイトによると、ASIMOは、独立して歩き、階段を上ることができる世界初のヒューマノイドロボットです。

私たちのように歩くASIMOの能力に加えて、事前にプログラムされたジェスチャーや音声コマンドを理解し、声や顔を認識し、ICコミュニケーションカードとインターフェースすることもできます。ASIMOには腕と手があるので、電灯のスイッチを入れたり、ドアを開けたり、物を運んだり、カートを押したりすることができます。

むしろ、他のおもちゃになるロボットを構築するよりも、ホンダは以下のようになり、ロボット作りたかったヘルパー家の周りに助けにロボット、ヘルプ高齢者、または車椅子や寝たきりのヘルプ誰か-人々のために。ASIMOの高さは4フィート3インチ（1.3メートル）で、椅子に座っている人と目を合わせるのにちょうどいい高さです。これにより、ASIMOは、大きくなりすぎて威嚇することなく、作成されたジョブを実行できます。「宇宙服を着た子供」のように見えることもよくありますが、ASIMOの親しみやすい外観と脅威のないサイズは、Hondaが作成時に念頭に置いていた目的に適しています。

ASIMOはまた、危険な場所に入る、爆弾を武装解除する、火事と戦うなど、人間には危険すぎる仕事をする可能性があります。

あまり注意することはできません

ASIMOの散歩はとても不気味な人間のようであるため、ホンダのエンジニアは、人間に非常に似た機械を作っても大丈夫かどうかを確認するためにバチカンを訪問せざるを得ないと感じたと報告されています。（バチカンはそれは大丈夫だと思った。）

内容

1. ASIMOの動き：人間のように歩く
2. ASIMOの動き：スムーズな動き
3. ASIMOの感覚
4. ASIMOの制御と電源供給
5. ASIMOのライフストーリー
6. ASIMOのピア

ホンダの研究者は、昆虫、哺乳類の脚、義足を持った登山家の動きを研究することから始め、生理機能や、特に関節で歩くときに起こるすべてのことをよりよく理解しました。たとえば、バランスを取るために体、特に腕を使って体重を移動させるという事実は、ASIMOの歩行メカニズムを正しくするために非常に重要でした。バランスを保つのに役立つつま先があるという事実も考慮されました。ASIMOの足には、実際には、歩くときにつま先が果たすのと同様の役割を果たす柔らかい突起があります。この柔らかい素材は、歩くときの軟組織と同じように、関節への衝撃も吸収します。

ASIMOには股関節、膝関節、足関節があります。ロボットには、研究者が「自由度」と呼ぶ関節があります。単一の自由度により、左右または上下に移動できます。ASIMOは、自由に動くことができるように、体のさまざまなポイントに34の自由度が広がっています。ASIMOの首には3つの自由度があり、各腕に7つ、各脚に6つあります。ASIMOの脚に必要な自由度の数は、平らな地面を歩いたり、階段を上ったり、走ったりしながら、人間の関節の動きを測定することによって決定されました。

ASIMOはまた、その本体に取り付けられた速度センサーとジャイロスコープ センサーを持っています。彼らは次のタスクを実行します。

これらのセンサーは、バランスと向きを維持するという点で、内耳と同じように機能します。

ASIMOはまた、足に床面センサーを、中央部に6つの超音波センサーを備えています。これらのセンサーは、ASIMOの周囲のオブジェクトを検出し、収集した情報をASIMOのメモリに保存されているエリアのマップと比較することにより、ASIMOの環境と対話する機能を強化します。

筋肉と皮膚が筋力、圧力、関節角度を感知する仕事を遂行するために、ASIMOには関節角度センサーと6軸力センサーの両方があります。

ロボット工学についてよく知らない限り、ASIMOが私たちのように歩くという信じられないほどのマイルストーンを完全に理解できないかもしれません。 ASIMOの歩みの最も重要な部分は回転能力です。 ASIMOは、停止してシャッフルしたり、停止してシャッフルしたり、停止して新しい方向にシャッフルしたりするのではなく、人間のように傾いてスムーズに回転します。 ASIMOは、つまずいたり、押されたり、その他の方法で通常の歩行を変える何かに遭遇した場合に、ステップを自己調整することもできます。

これを達成するために、ASIMOのエンジニアは歩行時に発生する慣性力を処理する方法を見つける必要がありました。たとえば、地球の重力は力を生み出し、歩く速度も同様です。これらの2つの力は「総慣性力」と呼ばれます。また、足が地面に当たるときに発生する「地面反力」と呼ばれる力もあります。これらの力はバランスをとる必要があり、姿勢はそれを実現するために機能する必要があります。これは「ゼロモーメントポイント」（ZMP）と呼ばれます。

ASIMOの姿勢を制御するために、エンジニアは次の3つの制御領域に取り組みました。

これはASIMOの仕事のようです！

ASIMOはまだ準備が整っていませんが（ホンダが期待するように完全に機能させるにはまだ改善が必要です）、ホンダは埼玉県和光市のオフィスで受付係として働くようにASIMOを配置しました。東京の北。ASIMOは、ゲストに挨拶し、施設を案内することに時間を費やしています。

これらの任務を遂行するために、ASIMOは建物のレイアウトと訪問者に挨拶して質問に答える適切な方法を知るように特別にプログラムされなければなりません。

ASIMOロボットの軍隊の考えがあなたにheebiejeebiesを与えるならば、あなたはリラックスすることができます。ホンダは、ASIMOが軍事用途で使用されることは決してないだろうと言います。

ASIMOは落下する動きを感知し、それらにすばやく反応することができます。しかし、ASIMOのエンジニアはもっと欲しかった。彼らは、ロボットがスムーズな歩行をするだけでなく、他のロボットができないことをすることを望んでいました-停止せずに向きを変えます。

角を曲がると、重心が曲がり角に移動します。ASIMOは、HondaのインテリジェントリアルタイムフレキシブルウォーキングテクノロジーまたはI-Walkとも呼ばれる「予測運動制御」と呼ばれるテクノロジーを使用して、同じことを実現しています。ASIMOは、重心をターンの内側にどれだけシフトする必要があるか、およびそのシフトをどのくらい維持する必要があるかを予測します。このテクノロジーはリアルタイムで機能するため、ASIMOは、他のロボットが実行しなければならないステップ間で停止することなくこれを実行できます。

基本的に、ASIMOが実行するすべてのステップで、ASIMOはその慣性を決定し、次に、スムーズに歩き、曲がるために次のステップのためにその重量をどのようにシフトする必要があるかを予測する必要があります。正しい位置を維持するために、次の要素のいずれかを調整します。

人間のような歩行を再現することは驚くべき成果ですが、ASIMOは時速3.7マイル（時速6キロメートル）までの速度で走ることができるようになりました。真のランニングロボットとしての資格を得るには、ASIMOは各ステップで瞬間的に両足を地面から離す必要があります。ASIMOは、実行中の各ステップで.08秒間空中を飛行することができます。

ホンダのエンジニアは、ASIMOに実行能力を与えようとしたときに、まったく新しい一連の課題に直面しました。彼らはASIMOの胴体に曲げやねじれを助ける自由度を与え、ロボットが空中にいる間に姿勢を調整できるようにしました。この能力がないと、ASIMOは空中にいる間は制御を失い、空中で回転したり、着陸時につまずいたりする可能性があります。

走行中のターンをスムーズにするために、エンジニアはターン内で重心を傾けるASIMOの機能を強化し、バランスを維持し、遠心力を打ち消しました。ASIMOは、スキーやスケートをしている場合と同じように、ターンを予測して、ターンを開始する前にそれらに寄りかかり始めることさえできます。

次のセクションでは、ASIMOがどのように画像を認識してその環境を感知できるかを見ていきます。

ロボット工学では、視覚はプログラムされたテンプレートに基づいて解釈されるキャプチャされた画像です。ロボットアームが自動車を製造したり、ロボットが半導体チップの微細な接続を検査したりする製造環境では、制御された環境を扱っています。照明は常に同じであり、角度は常に同じであり、見て理解するものの数は限られています。しかし、現実の（そして構造化されていない）世界では、見て理解することが非常に多くなります。

仕事をしながら家、建物、または屋外をナビゲートしなければならないヒューマノイドロボットは、「見る」多くのオブジェクトを理解できなければなりません。影、奇妙な角度、動きは理解できるものでなければなりません。たとえば、ロボットが自分で未知の領域に足を踏み入れるには、オブジェクトをリアルタイムで検出して認識し、色、形状、エッジなどの特徴を選択して、認識しているオブジェクトや環境のデータベースと比較する必要があります。ロボットの「メモリ」には何千ものオブジェクトが存在する可能性があります。

ASIMOのビジョンシステムは、頭の中にある目のための2つの基本的なビデオカメラで構成されています。 ASIMOは、立体視と独自の視覚アルゴリズムを使用して、オブジェクトの向きと照明がメモリデータベース内のものと同じでなくても、オブジェクトを確認、認識、および遭遇しないようにします。これらのカメラは、複数のオブジェクトを検出し、距離を決定し、動きを認識し、プログラムされた顔を認識し、手の動きを解釈することさえできます。たとえば、「停止」位置でASIMOに手をかざすと、ASIMOは停止します。顔認識機能は、ASIMOは「おなじみ」の人に挨拶することができます。

ASIMOは、頭の中のカメラで撮影された画像を解釈することで、動いている物体を認識できます。動く物体の距離と方向を評価することができます。これにより、ASIMOは人を追跡したり、進行を停止して移動物体がその経路を横切ったり、近づくと挨拶したりできます。

カメラはまた、ASIMOが見たものをASIMOのコントローラーに中継します。そうすれば、PCからASIMOを制御している場合、ASIMOが何を認識しているかを確認できます。

頭の中のカメラに加えて、ASIMOには、環境を操作し、オブジェクトや人と対話するのに役立ついくつかのセンサーがあります。床面センサーにより、ASIMOは床の物体や変化を検出できます。超音波センサーは、周囲の物体を検出することにより、ASIMOの向きを変えるのに役立ちます。センサーは、ASIMOがメモリに事前にプログラムされたエリアの内部マップと実際の環境との間の不一致を解決するのに役立ちます。

ASIMOはある意味で触覚さえ持っています。 ASIMOの手首にある力センサーにより、ASIMOは、トレイを手に取ったり、ファイルを手渡したり、手を振ったりするときに使用する力を判断できます。 ASIMOは、カメラによって収集された情報を統合し、手をつないでいる間、センサーを人と同期して動かすことができます。カートを押すとき、ASIMOの力センサーはロボットがカートを押すのに必要な力の量を調整するのを助けます（例えば、センサーが傾斜を検出した場合、ASIMOはより大きな力でカートを押すことができます）。

ASIMOが環境を感知できるもう1つの方法は、IC通信カードを使用することです。ICカードは、赤外線信号を使用して情報を送受信します。情報がエンコードされたICカードを持っていると、カメラの視界内にいなくてもASIMOはあなたの存在を検出できます。これらのカードは、他の人と対話するASIMOの能力を強化します。たとえば、ホンダのオフィスを訪問し、ビジターパスとしてICカードを受け取った場合、ASIMOは、カードにエンコードされた情報を電子的に読み取った後、あなたに挨拶し、適切な部屋に案内することができます。

マイクを貸してください

ASIMOの頭には3つのマイクがあります。これらのマイクを使用して、ASIMOは音声コマンドを受信し、音の方向を検出することができます。ASIMOは、音がどこから来ているのかを判断し、その方向を向くことができます。

ASIMOは自律型ロボットではありません。部屋に入って、ナビゲートする方法について自分で決定することはできません。ASIMOは、理解できるマーカーがある特定の領域で特定の仕事をするようにプログラムするか、人間が手動で制御する必要があります。

ASIMOは4つの方法で制御できます。

使用して802.11無線技術およびラップトップまたはデスクトップコンピュータを、あなたはASIMOと同様にASIMOが、そのカメラの目を通じて見ているものを参照してください制御することができます。ASIMOは、PC接続を使用してインターネットにアクセスし、天気予報やニュースなどの情報を取得することもできます。

ワイヤレスジョイスティックコントローラーは、リモートコントロールカーを操作するのと同じようにASIMOの動きを操作します。ASIMOを前、後ろ、横、斜めに動かしたり、所定の位置に向けたり、角を曲がったり、円を描いて走ったりすることができます。リモコンでASIMOを動かすことはそれほど進んでいないように見えるかもしれませんが、ASIMOにはそのステップを自己調整する機能があります。前方に歩いてもらい、坂道などの障害物に遭遇した場合、ASIMOは地形に合わせてステップを自動的に調整します。

ASIMOは、いくつかのジェスチャーや体の姿勢を認識して反応できるため、ユーザーはASIMOに非言語的に命令することができます。たとえば、ASIMOに向かって歩かせたい特定の場所を指すことができ、それはあなたの先導に従います。ASIMOに手を振ると、ASIMOは独自の波で応答します。いつ手を振りたいかさえ認識できます。

ASIMOは、事前にプログラムされた簡単な口頭コマンドを理解して実行できます。そのメモリにプログラムできるコマンドの数は事実上無制限です。また、プログラミングにあなたの声を登録して、ASIMOがあなたを認識しやすくすることもできます。

ASIMOの動きを制御するための音声コマンドに加えて、ASIMOが口頭で応答できる音声コマンドもあります。これは、ASIMOが受付係として働き、訪問者に挨拶し、質問に答えることを可能にした機能です。

ロボット工学分野の他のほとんどの技術と同様に、ASIMOはサーボモーターを動力源としています。これらは、コントローラーの指示に従って手足や表面を特定の角度に動かす回転シャフトを備えた、小さいながらも強力なモーターです。モーターが適切な角度に回転すると、再び回転するように指示されるまでモーターは停止します。たとえば、サーボはロボットの腕の関節の角度を制御し、移動が必要になるまでロボットを直角に保ち、その移動を制御する場合があります。サーボは、位置検出デバイス（デジタルデコーダーとも呼ばれます）を使用して、モーターのシャフトが正しい位置にあることを確認します。彼らは通常、彼らが運んでいる機械的負荷に比例した電力を使用します。たとえば、負荷の軽いサーボはあまりエネルギーを消費しません。

ASIMOの本体には、胴体、腕、手、脚、足、足首、その他の可動部品を動かす34個のサーボモーターがあります。ASIMOは一連のサーボモーターを管理して、あらゆる種類の動きを制御します。

ASIMOは、1回の充電で1時間持続する、充電可能な51.8ボルトのリチウムイオン（Li-ION）バッテリーを搭載しています。バッテリーはASIMOのバックパックに収納されており、重さは約13ポンドです。ASIMOのバッテリーは完全に充電するのに3時間かかるので、ASIMOを非常に長時間動作させる必要がある場合は、2番目（および3番目）のバッテリーが重要です。ユーザーは、電源接続を介してASIMOに搭載されたバッテリーを充電するか、バックパックを取り外して個別に充電することができます。

ロボット競技会

• ロボカップロボットサッカーワールドカップ
• 国際ロボソッサー協会連盟
• MechWars
• 最初
• AUVSIコンペティション
• MATEROVコンペティション

私の心を読めますか？

ホンダ研究所とATR計算論的神経科学研究所は2006年に提携し、思考を通じてASIMOを制御する手段を開発しました。科学者とエンジニアは、一連の手のジェスチャー（閉じた握りこぶしと「V」ピースサイン）を行うときに、MRI装置を使用して被験者の脳のパターンを記録しました。次に、記録はロボットハンドに送信され、ロボットハンドは情報をデコードし、被験者のジェスチャーを複製しました。MRIシステムは非侵襲的であったため、外科的処置は必要ありませんでした。

ホンダは、これが麻痺者が考えるだけでASIMOなどの機器を操作できるシステムを開発する第一歩となることを期待している。ユーザーが複雑なタスクを実行し、脳のパターンを記録するためのより小型で軽量のデバイスを開発できるようにするには、さらに多くの研究を行う必要があります。

サーボに興味がありますか？

ノースウェスタン大学メカトロニクス設計研究所のサーボモーター入門をご覧ください。

ホンダは1986年にヒューマノイドヘルパーロボットの開発を開始しました。ホンダのエンジニアは、ロボットが家や建物内を簡単に移動できる必要があることを知っていました。つまり、歩行技術は完璧でなければなりませんでした。したがって、彼らの最初の試みは基本的に脚のある箱でした。歩行メカニズムがほぼ開発されると、腕、手、そして最後に頭が追加されました。

ASIMOタイムライン

ASIMOに加えて、同じことをたくさんしているように見える、かなり洗練されたヒューマノイドロボットが他にもいくつかあります。それらのほとんどははるかに小規模に構築されており、サービスよりも娯楽を目的としています。現在、ASIMOの技術面での最大の競争は次のようです。

また、世界中の病院で使用されているいくつかの異なるロボットが、廊下をナビゲートし、エレベーターを利用して、病院全体に患者の記録、X線、薬などを配信します。彼らは車輪で移動し、病院のレイアウトでプログラムされているか、壁に配置されたマーカーとバーコードを識別して追跡します。

ロボットは1960年代から多くの分野で使用されてきました。コンピュータプロセッサがますます強力になり、ロボット工学の技術が新しい分野に拡大しているので、食事を調理して家を掃除する「ロージー」ができるようになるまで、そう長くはかからないでしょう。

ASIMOやその他のロボットの詳細、およびヒューマノイドロボットを可能にする技術の進歩については、次のページのリンクを確認してください。

町についてのロボット

ASIMOは、メディアイベント、テレビ番組、さらにはディズニーランドでも視聴者を魅了してきました。あなたはASIMOを見たことがあるかもしれません：

• 2002年にニューヨーク証券取引所でオープニングベルを鳴らします
• 2004年にロボット殿堂入り
• 「ロボット：映画」のプレミアでレッドカーペットを歩く
• 「Update2056：The World in50Years」で脇役を務める
• 「エレンの部屋ショー」でエレンと踊る
• ディズニーランドの「SayHelloto ASIMO」アトラクションで観客を楽しませ、教育する
• エリックカートマンが「Awesome-O」に変装したとき、「サウスパーク」になりすまします

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