Как работает АСИМО

Хотите, чтобы робот готовил вам ужин, делал уроки, убирался в доме или покупал продукты? Роботы уже выполняют множество работ, которые мы, люди, не хотим, не можем или просто не можем делать так же хорошо, как наши коллеги-роботы. На фабриках по всему миру бестелесные руки-роботы собирают автомобили, деликатно укладывают конфеты в коробки и выполняют всевозможную утомительную работу. На рынке есть даже несколько роботов, единственная задача которых — пылесосить пол или подстригать газон.

Галерея изображений роботов 

Многие из нас выросли, наблюдая за роботами по телевизору и в кино: была Рози , робот-домработница Джетсонов; Дейта , член команды андроидов в «Звездном пути: Следующее поколение»; и конечно же C3PO из "Звездных войн". Роботы, создаваемые сегодня, не совсем относятся к области данных или C3PO, но в их технологиях достигнуты некоторые удивительные достижения. Инженеры Honda работали над созданием робота ASIMO более 20 лет . В этой статье мы узнаем, что делает ASIMO самым совершенным роботом-гуманоидом на сегодняшний день.

Honda Motor Company разработала ASIMO, что означает Advanced Step in Innovative Mobility , и является самым передовым роботом-гуманоидом в мире. Согласно веб-сайту ASIMO, ASIMO — первый человекоподобный робот в мире, который может самостоятельно ходить и подниматься по лестнице .

В дополнение к способности ASIMO ходить, как мы, он также может понимать предварительно запрограммированные жесты и голосовые команды , распознавать голоса и лица и взаимодействовать с картами связи IC . У ASIMO есть руки и кисти, поэтому он может включать выключатели света, открывать двери, переносить предметы и толкать тележки.

Вместо создания робота, который был бы еще одной игрушкой, Хонда хотела создать робота, который был бы помощником для людей — роботом, который помогал бы по дому, помогал пожилым людям или кому-то, кто прикован к инвалидной коляске или кровати. Рост ASIMO составляет 4 фута 3 дюйма (1,3 метра), что является как раз подходящей высотой, чтобы смотреть прямо в глаза человеку, сидящему в кресле. Это позволяет ASIMO выполнять работу, для которой он был создан, не будучи слишком большим и угрожающим. Его часто называют «ребенком в скафандре ». Дружелюбный внешний вид и безопасный размер ASIMO хорошо подходят для тех целей, которые Хонда имела в виду при его создании.

ASIMO также может выполнять работу, которая слишком опасна для человека, например, посещение опасных зон, обезвреживание бомб или тушение пожаров.

Нельзя быть слишком осторожным

Сообщалось, что из-за того, что походка ASIMO до ужаса похожа на человеческую, инженеры Honda сочли необходимым посетить Ватикан, просто чтобы убедиться, что можно построить машину, которая так похожа на человека. (Ватикан думал, что все в порядке.)

Содержание

1. Движение ASIMO: иди как человек
2. Движение ASIMO: плавные движения
3. Чувства ASIMO
4. Управление и питание ASIMO
5. История жизни ASIMO
6. Коллеги ASIMO

Исследователи Honda начали с изучения ног насекомых, млекопитающих и движения альпиниста с протезами ног, чтобы лучше понять физиологию и все, что происходит, когда мы ходим, особенно в суставах. Например, тот факт, что мы перемещаем свой вес , используя наше тело и особенно наши руки, чтобы балансировать, был очень важен для правильного механизма ходьбы ASIMO. Также был принят во внимание тот факт, что у нас есть пальцы ног , которые помогают нам сохранять равновесие: у ASIMO на самом деле есть мягкие выступы на ногах, которые играют ту же роль, что и наши пальцы ног, когда мы ходим. Этот мягкий материал также поглощает воздействие на суставы, как это делают наши мягкие ткани при ходьбе.

ASIMO имеет тазобедренные, коленные суставы и суставы стопы . У роботов есть суставы, которые исследователи называют « степенями свободы ». Единая степень свободы позволяет двигаться вправо и влево или вверх и вниз. ASIMO имеет 34 степени свободы , распределенные по различным точкам его тела, что позволяет ему свободно двигаться. Шея ASIMO имеет три степени свободы, по семь на каждой руке и по шесть на каждой ноге. Количество степеней свободы, необходимых для ног ASIMO, было определено путем измерения движения суставов человека при ходьбе по ровной поверхности, подъеме по лестнице и беге.

ASIMO также имеет датчик скорости и датчик гироскопа , установленные на его корпусе. Они выполняют задачи:

Эти датчики работают аналогично нашему внутреннему уху в том, как они поддерживают баланс и ориентацию.

ASIMO также имеет датчики поверхности пола в ногах и шесть ультразвуковых датчиков в средней части. Эти датчики улучшают способность ASIMO взаимодействовать с окружающей средой, обнаруживая объекты вокруг ASIMO и сравнивая собранную информацию с картами местности, хранящимися в памяти ASIMO.

Для выполнения работы, которую наши мышцы и кожа выполняют по восприятию мышечной силы, давления и углов суставов, ASIMO имеет как датчики угла суставов, так и датчик силы по шести осям .

Если вы не знаете много о робототехнике, вы не можете полностью понять невероятную веху, заключающуюся в том, что ASIMO ходит так же, как и мы. Наиболее важной частью ходьбы ASIMO являются возможности поворота . Вместо того, чтобы останавливаться и шаркать, останавливаться и шаркать, останавливаться и шаркать в новом направлении, ASIMO наклоняется и плавно поворачивается, как человек. ASIMO также может самостоятельно регулировать свои шаги в случае, если он споткнется, его толкнут или иным образом столкнется с чем-то, что мешает нормальной ходьбе.

Для этого инженерам ASIMO пришлось найти способ работать с инерционными силами , возникающими при ходьбе. Например, гравитация Земли создает силу, как и скорость, с которой вы идете. Эти две силы называются «суммарной инерционной силой». Существует также сила, создаваемая, когда ваша нога касается земли, называемая «силой реакции земли». Эти силы должны уравновеситься, и осанка должна работать, чтобы это произошло. Это называется « точкой нулевого момента » (ZMP).

Чтобы контролировать позу ASIMO, инженеры работали над тремя областями управления:

Похоже, это работа для ASIMO!

Хотя ASIMO еще не совсем готов к работе в прайм-тайм (все еще необходимо внести улучшения, чтобы он мог полноценно функционировать, как надеется Honda), Honda поручила ASIMO работать секретарем в своем офисе в Вако в префектуре Сайтама. к северу от Токио. ASIMO проводит время, приветствуя гостей и проводя их по объектам.

Для выполнения этих обязанностей ASIMO должен быть специально запрограммирован, чтобы знать расположение зданий и соответствующий способ приветствовать посетителей и отвечать на вопросы.

Если мысль об армии роботов ASIMO приводит вас в бешенство, можете расслабиться. Honda говорит, что ASIMO никогда не будет использоваться в военных целях.

ASIMO может чувствовать движения при падении и быстро реагировать на них; но инженеры ASIMO хотели большего. Они хотели, чтобы у робота была плавная походка , а также он мог делать то, на что не способны другие роботы, — поворачиваться без остановки .

Когда мы проходим повороты, мы смещаем наш центр тяжести в сторону поворота. ASIMO использует технологию, называемую « упреждающее управление движением », также называемую интеллектуальной гибкой технологией ходьбы в реальном времени Honda или I-Walk, для достижения той же цели. ASIMO предсказывает, насколько он должен сместить свой центр тяжести внутрь поворота и как долго это смещение должно сохраняться. Поскольку эта технология работает в режиме реального времени , ASIMO может делать это без остановок между шагами, что должны делать другие роботы.

По сути, с каждым шагом ASIMO должен определять свою инерцию, а затем предсказывать, как его вес должен быть смещен для следующего шага, чтобы идти и поворачиваться плавно. Он регулирует любой из следующих факторов, чтобы сохранить правильное положение:

Воспроизведение походки, похожей на человеческую, является удивительным достижением, но теперь ASIMO может двигаться со скоростью до 3,7 миль в час (6 километров в час). Чтобы считаться настоящим бегущим роботом, ASIMO должен на мгновение отрывать обе ноги от земли при каждом шаге. ASIMO удается находиться в воздухе 0,08 секунды с каждым шагом во время бега.

Инженеры Honda столкнулись с совершенно новым набором проблем, пытаясь дать ASIMO возможность работать. Они предоставили туловищу ASIMO некоторую степень свободы, чтобы помочь роботу сгибаться и скручиваться, чтобы робот мог регулировать свою позу в воздухе. Без этой возможности ASIMO потерял бы управление в воздухе, возможно, закрутился бы в воздухе или споткнулся бы при посадке.

Чтобы плавно выполнять повороты во время бега, инженеры улучшили способность ASIMO наклонять центр тяжести внутри поворотов, чтобы сохранять равновесие и противодействовать центробежной силе. ASIMO может даже предвидеть повороты и начинать наклоняться перед поворотом, как если бы вы катались на лыжах или коньках.

В следующем разделе мы рассмотрим, как ASIMO может распознавать изображения и воспринимать окружающую среду.

В робототехнике зрение — это захваченное изображение, которое интерпретируется на основе запрограммированных шаблонов . В производственной среде, где роботы-манипуляторы строят автомобили или роботы проверяют микроскопические соединения полупроводниковых микросхем , вы имеете дело с контролируемой средой. Освещение всегда одно и то же, угол всегда один и тот же, и есть ограниченное количество вещей, на которые нужно смотреть и понимать. Однако в реальном (и неструктурированном) мире количество вещей, на которые нужно смотреть и понимать, значительно возрастает.

Робот-гуманоид, который должен перемещаться по домам, зданиям или на открытом воздухе, выполняя работу, должен быть в состоянии разобраться во многих объектах, которые он «видит». Тени, странные углы и движение должны быть понятными. Например, чтобы самостоятельно пройти в неизвестную область, робот должен обнаруживать и распознавать объекты в режиме реального времени, выбирая такие характеристики, как цвет, форма и края, для сравнения с базой данных объектов или сред, о которых он знает. В «памяти» робота могут быть тысячи объектов.

Система зрения ASIMO состоит из двух основных видеокамер для глаз, расположенных в его голове. ASIMO использует стереоскопическое зрение и запатентованный алгоритм зрения, который позволяет ему видеть, распознавать и избегать столкновений с объектами, даже если их ориентация и освещение не совпадают с данными в базе данных памяти. Эти камеры могут обнаруживать несколько объектов, определять расстояние, воспринимать движение, распознавать запрограммированные лица и даже интерпретировать движения рук. Например, когда вы подносите руку к ASIMO в положении «стоп», ASIMO останавливается. Функция распознавания лиц позволяет ASIMO приветствовать «знакомых» людей.

ASIMO может распознавать движущиеся объекты, интерпретируя изображения, снятые камерами в его голове. Он может оценивать расстояние и направление движущегося объекта, что позволяет ASIMO следовать за человеком, останавливать свое движение, чтобы позволить движущемуся объекту пересечь свой путь, или приветствовать вас, когда вы приближаетесь.

Камеры также передают то, что видит ASIMO, на контроллер ASIMO. Таким образом, если вы управляете ASIMO с ПК , вы можете видеть то, что видит ASIMO.

В дополнение к камерам в голове у ASIMO есть несколько датчиков, которые помогают ему маневрировать в окружающей среде и взаимодействовать с объектами и людьми. Датчики поверхности пола позволяют ASIMO обнаруживать объекты и изменения на полу. Ультразвуковые датчики помогают ориентировать ASIMO, обнаруживая окружающие объекты. Датчики помогают ASIMO устранять несоответствия между внутренней картой области, предварительно запрограммированной в его памяти, и реальной средой.

У ASIMO даже есть чувство осязания. Датчики силы на запястьях ASIMO позволяют ASIMO оценить, какое усилие необходимо приложить, когда вы берете поднос, передаете вам файл или пожимаете руку. ASIMO может интегрировать информацию, собранную его камерами, и заставить датчики двигаться синхронно с человеком, держась за руки. При толкании тележки датчики силы ASIMO помогают роботу регулировать силу, необходимую для толкания тележки (например, ASIMO может толкать тележку с большей силой, если датчики обнаруживают наклон).

Еще один способ, с помощью которого ASIMO может ощущать окружающую среду, — это использование коммуникационных карт IC. IC-карты используют инфракрасные сигналы для приема и передачи информации. Если у вас есть карта IC с закодированной на ней информацией, ASIMO может обнаружить ваше присутствие, даже если вы не находитесь в пределах прямой видимости его камер. Эти карточки расширяют возможности ASIMO взаимодействовать с другими игроками. Например, если вы должны посетить офис Honda и получить карту IC в качестве пропуска посетителя, ASIMO может поприветствовать вас и направить в нужную комнату после электронного считывания информации, закодированной на вашей карте.

Одолжи мне свои микрофоны

В голове ASIMO расположены три микрофона . Используя эти микрофоны, ASIMO может принимать голосовые команды и определять направление звука. ASIMO может определить, откуда исходит звук, а затем повернуться лицом в этом направлении.

ASIMO не является автономным роботом. Он не может войти в комнату и самостоятельно принимать решения о том, как перемещаться. ASIMO либо должен быть запрограммирован на выполнение определенной работы в определенной области с понятными маркерами, либо должен управляться человеком вручную.

ASIMO можно управлять четырьмя способами:

Используя беспроводную технологию 802.11 и ноутбук или настольный компьютер, вы можете управлять ASIMO, а также видеть то, что видит ASIMO, с помощью его камеры. ASIMO также может использовать подключение к ПК для доступа в Интернет и получения информации для вас, например прогнозов погоды и новостей.

Беспроводной джойстик управляет движениями ASIMO так же, как вы управляете автомобилем с дистанционным управлением . Вы можете заставить ASIMO двигаться вперед, назад, в стороны, по диагонали, поворачиваться на месте, ходить за угол или бегать кругами. Заставить ASIMO двигаться с помощью дистанционного управления может показаться не таким уж продвинутым, но у ASIMO есть возможность самостоятельно регулировать свои шаги . Если вы заставляете его идти вперед и он сталкивается с уклоном или каким-либо препятствием, ASIMO автоматически регулирует свои шаги в соответствии с рельефом местности.

ASIMO может распознавать и реагировать на несколько жестов и положений тела, что позволяет пользователям невербально управлять ASIMO. Например, вы можете указать на конкретное место, к которому вы хотите, чтобы ASIMO шел, и он будет следовать за вами. Если вы помашете ASIMO, он ответит собственной волной. Он даже может распознать, когда вы хотите пожать ему руку.

ASIMO может понимать и выполнять простые, предварительно запрограммированные словесные команды. Количество команд, которые можно запрограммировать в его память, практически не ограничено. Вы также можете зарегистрировать свой голос в программном обеспечении, чтобы ASIMO было легче узнавать вас.

В дополнение к голосовым командам для управления движениями ASIMO существуют также голосовые команды, на которые ASIMO может отвечать устно. Это функция, которая позволила ASIMO работать администратором, приветствуя посетителей и отвечая на вопросы.

Как и большинство других технологий в области робототехники, ASIMO приводится в действие серводвигателями . Это небольшие, но мощные двигатели с вращающимся валом, который перемещает конечности или поверхности под определенным углом в соответствии с указаниями контроллера. После того, как двигатель повернулся на соответствующий угол, он отключается до тех пор, пока не будет получена команда повернуть снова. Например, сервопривод может контролировать угол сустава руки робота, удерживая его под правильным углом до тех пор, пока ему не потребуется двигаться, а затем контролируя это движение. Сервоприводы используют устройство определения положения (также называемое цифровым декодером), чтобы убедиться, что вал двигателя находится в правильном положении. Обычно они используют мощность, пропорциональную механической нагрузке, которую они несут. Например, слегка нагруженный сервопривод не потребляет много энергии.

ASIMO имеет 34 серводвигателя в своем теле, которые двигают его туловище, руки, кисти, ноги, ступни, лодыжки и другие движущиеся части. ASIMO управляет рядом серводвигателей для управления каждым видом движения.

ASIMO питается от перезаряжаемой литий-ионной (Li-ION) батареи напряжением 51,8 В , которой хватает на один час без подзарядки. Аккумулятор хранится в рюкзаке ASIMO и весит около 13 фунтов . Для полной зарядки батареи ASIMO требуется три часа , поэтому вторая (и третья) батарея имеет решающее значение, если вам нужно, чтобы ASIMO работал очень долго. Пользователи могут заряжать аккумулятор на борту ASIMO через подключение к сети или снимать рюкзак для зарядки отдельно.

Соревнования роботов

• RoboCup Кубок мира по футболу среди роботов
• Федерация Международной ассоциации робофутбола
• МехВойны
• ПЕРВЫЙ
• Соревнования АУВСИ
• МАТЭ ROV Конкурс

Ты можешь читать мои мысли?

В 2006 году научно-исследовательский институт Honda и вычислительная нейробиологическая лаборатория ATR объединились для разработки средств управления ASIMO посредством мысли. Ученые и инженеры использовали аппарат МРТ для записи мозговых паттернов субъекта при выполнении серии жестов (сжатый кулак и знак мира «V»). Затем запись передавалась в роботизированную руку, которая расшифровывала информацию и дублировала жесты испытуемого. Поскольку система МРТ была неинвазивной, не было необходимости в каких-либо хирургических процедурах.

Honda надеется, что это первый шаг в разработке системы, которая позволит парализованным людям управлять такими устройствами, как ASIMO, просто думая об этом. Необходимо провести гораздо больше исследований, чтобы позволить пользователям выполнять сложные задачи и разработать меньшее и легкое устройство для записи мозговых паттернов.

Интересуетесь сервоприводами?

Ознакомьтесь с введением в серводвигатели Лаборатории проектирования мехатроники Северо-Западного университета .

Honda начала разработку своего гуманоидного робота-помощника в 1986 году. Инженеры Honda знали, что робот должен легко перемещаться по дому или зданию, а это означало, что технология ходьбы должна быть идеальной. Поэтому их первые попытки были в основном ящиками на ножках. После того, как механизм ходьбы был в основном разработан, были добавлены руки, кисти и, наконец, голова.

Хронология ASIMO

В дополнение к ASIMO есть несколько других довольно сложных роботов-гуманоидов, которые, кажется, делают много таких же вещей. Большинство из них построены в гораздо меньших масштабах и предназначены больше для развлечения , чем для обслуживания. На данный момент наибольшими конкурентами ASIMO с точки зрения технологий являются:

Есть также несколько различных роботов, используемых в больницах по всему миру, которые перемещаются по коридорам и поднимаются на лифтах , чтобы доставлять медицинские карты пациентов, рентгеновские снимки , лекарства и другие вещи по всей больнице. Они передвигаются на колесах и запрограммированы в соответствии с планировкой больницы или идентифицируют и следуют маркерам и штрих-кодам, размещенным на стенах.

Роботы используются во многих областях с 1960-х годов. Поскольку компьютерные процессоры становятся все более мощными, а технологии робототехники расширяются в новые области, скоро у нас появится «Рози», которая будет готовить еду и убирать дома.

Для получения дополнительной информации об ASIMO и других роботах, а также о технологических достижениях, которые делают возможным создание роботов-гуманоидов, перейдите по ссылкам на следующей странице.

Робот о городе

ASIMO очаровал публику на мероприятиях для СМИ, телешоу и даже в Диснейленде. Возможно, вы видели ASIMO:

• Звоните в первый звонок на Нью-Йоркской фондовой бирже в 2002 году .
• Занесен в Зал славы роботов в 2004 г.
• Прогуляйтесь по красной дорожке на премьере фильма «Роботы: Фильм».
• Сыграть второстепенную роль в «Обновлении 2056: Мир через 50 лет».
• Танцуйте с Эллен на «Шоу Эллен ДеДженерес»
• Развлекайте и обучайте толпу на аттракционе «Say Hello to ASIMO» в Диснейленде.
• Подделка в «Южном парке», когда Эрик Картман замаскировался под «Удивительного-О»

Статьи по Теме

Больше отличных ссылок