อาซิโมทำงานอย่างไร

ต้องการหุ่นยนต์ทำอาหารเย็น ทำการบ้าน ทำความสะอาดบ้าน หรือซื้อของ? หุ่นยนต์ทำงานหลายอย่างที่มนุษย์เราไม่อยากทำ ไม่สามารถทำได้ หรือทำไม่ได้ เช่นเดียวกับหุ่นยนต์คู่หูของเรา ในโรงงานต่างๆ ทั่วโลก แขนหุ่นยนต์ที่ถอดประกอบแล้วประกอบรถยนต์ วางลูกอมลงในกล่องอย่างประณีต และทำงานที่น่าเบื่อหน่ายทุกประเภท ในตลาดมีหุ่นยนต์เพียงไม่กี่ตัวที่มีหน้าที่ดูดฝุ่นพื้นหรือตัดหญ้า

แกลเลอรี่ภาพหุ่นยนต์ 

พวกเราหลายคนโตมากับการดูหุ่นยนต์ในทีวีและในภาพยนตร์: มีโรซี่หุ่นยนต์แม่บ้านของเจ็ตสัน Data , ลูกเรือหุ่นยนต์ใน "Star Trek: The Next Generation"; และแน่นอนC3POจาก "Star Wars" หุ่นยนต์ที่ถูกสร้างขึ้นในปัจจุบันยังไม่ค่อยอยู่ในขอบเขตของ Data หรือ C3PO แต่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่น่าอัศจรรย์บางอย่าง วิศวกรของฮอนด้ากำลังยุ่งอยู่กับการสร้าง หุ่นยนต์ อาซิโมมานานกว่า20ปี ในบทความนี้ เราจะมาดูกันว่าอะไรทำให้ ASIMO เป็นหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบัน

บริษัท Honda Motor ได้พัฒนา ASIMO ซึ่งย่อมาจากAdvanced Step in Innovative Mobilityและเป็นหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ที่ล้ำหน้าที่สุดในโลก ตามเว็บไซต์ของ ASIMO ASIMO เป็นหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ตัวแรกของโลกที่สามารถเดินได้อย่างอิสระและขึ้นบันได

นอกเหนือจากความสามารถในการเดินของ ASIMO แบบที่เราทำแล้ว ยังสามารถเข้าใจท่าทางสัมผัสที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าและคำสั่งเสียงจดจำเสียงและใบหน้าและอินเทอร์เฟซกับการ์ดการสื่อสารของ IC อาซิโมมีแขนและมือเพื่อให้สามารถทำสิ่งต่างๆ เช่น เปิดสวิตช์ไฟ ประตูเปิด ขนสิ่งของ และเข็น

แทนที่จะสร้างหุ่นยนต์ที่จะเป็นของเล่นอีกชิ้นหนึ่ง ฮอนด้าต้องการสร้างหุ่นยนต์ที่จะเป็นผู้ช่วยคน เช่น หุ่นยนต์เพื่อช่วยรอบบ้าน ช่วยผู้สูงอายุ หรือช่วยคนที่ถูกคุมขังในรถเข็นหรือเตียง อาซิโมมีความสูง 1.3 เมตร (1.3 เมตร) ซึ่งเป็นความสูงที่เหมาะสมในการมองตากันเมื่อมีคนนั่งบนเก้าอี้ ซึ่งช่วยให้ ASIMO ทำงานที่สร้างขึ้นมาได้โดยที่ไม่ใหญ่เกินไปและเป็นอันตราย มักเรียกกันว่าดูเหมือน "เด็กที่สวมชุดอวกาศ " รูปลักษณ์ที่เป็นมิตรของอาซิโมและขนาดที่ไม่เป็นอันตรายนั้นทำงานได้ดีสำหรับจุดประสงค์ที่ฮอนด้าคำนึงถึงในการสร้าง

อาซิโมยังสามารถทำงานที่อันตราย เกินกว่าที่ มนุษย์จะทำได้ เช่น เข้าไปในพื้นที่อันตราย วางระเบิด หรือการดับเพลิง

ระวังเกินไปไม่ได้

มีรายงานว่าเนื่องจากการเดินของ ASIMO นั้นเหมือนมนุษย์อย่างน่าขนลุก วิศวกรของ Honda จึงรู้สึกว่าจำเป็นต้องไปนครวาติกันเพียงเพื่อให้แน่ใจว่าจะสร้างเครื่องจักรที่เหมือนมนุษย์ได้มาก (วาติกันคิดว่ามันโอเค)

สารบัญ

1. การเคลื่อนไหวของอาซิโม: เดินเหมือนมนุษย์
2. การเคลื่อนไหวของอาซิโม: การเคลื่อนไหวที่ราบรื่น
3. ความรู้สึกของอาซิโม
4. การควบคุมและการจ่ายพลังงานให้กับอาซิโม
5. เรื่องราวชีวิตของอาซิโม
6. เพื่อนร่วมงานของ ASIMO

นักวิจัยฮอนด้าเริ่มต้นด้วยการศึกษาขาของแมลง สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และการเคลื่อนไหวของนักปีนเขาด้วยขาเทียม เพื่อให้เข้าใจสรีรวิทยาและทุกสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเราเดินได้ดีขึ้น โดยเฉพาะบริเวณข้อต่อ ตัวอย่างเช่น การที่เราเปลี่ยนน้ำหนักโดยใช้ร่างกายและโดยเฉพาะอย่างยิ่งแขนของเราเพื่อความสมดุลนั้นสำคัญมากในการทำให้กลไกการเดินของ ASIMO ถูกต้อง ความจริงที่ว่าเรามีนิ้วเท้าที่ช่วยในการทรงตัวของเราก็ถูกนำมาพิจารณาด้วย: จริง ๆ แล้วอาซิโมมีส่วนที่เท้าที่อ่อนนุ่มซึ่งมีบทบาทคล้ายกับนิ้วเท้าของเราเมื่อเราเดิน วัสดุที่อ่อนนุ่มนี้ยังดูดซับแรงกระแทกที่ข้อต่อ เช่นเดียวกับเนื้อเยื่ออ่อนของเราเมื่อเราเดิน

อาซิโมมีข้อต่อสะโพก เข่า และเท้า หุ่นยนต์มีข้อต่อที่นักวิจัยเรียกว่า " องศาอิสระ " อิสระระดับเดียวช่วยให้สามารถเคลื่อนที่ไปทางขวาและซ้ายหรือขึ้นและลงได้ อาซิโมมีอิสระ 34 องศากระจายไปตามจุดต่างๆ ของร่างกายเพื่อให้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ คอของ ASIMO มีอิสระสามองศา เจ็ดบนแขนแต่ละข้าง และหกที่ขาแต่ละข้าง จำนวนองศาอิสระที่จำเป็นสำหรับขาของอาซิโมนั้นตัดสินโดยการวัดการเคลื่อนไหวของข้อต่อของมนุษย์ขณะเดินบนพื้นราบ ปีนบันได และวิ่ง

อาซิโมยังมีเซ็นเซอร์ความเร็วและเซ็นเซอร์ไจโรสโคป ติดตั้งอยู่ที่ตัวเครื่อง พวกเขาทำหน้าที่ของ:

เซ็นเซอร์เหล่านี้ทำงานคล้ายกับหูชั้นใน ของเรา ในการรักษาสมดุลและการวางแนว

อาซิโมยังมีเซ็นเซอร์พื้นผิวพื้น อยู่ที่เท้าและ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกหก ตัว ที่ส่วนกลาง เซ็นเซอร์เหล่านี้ช่วยเพิ่มความสามารถของอาซิโมในการโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมโดยการตรวจจับวัตถุรอบ ๆ อาซิโมและเปรียบเทียบข้อมูลที่รวบรวมกับแผนที่ของพื้นที่ที่จัดเก็บไว้ในหน่วยความจำของอาซิโม

เพื่อให้บรรลุงานที่กล้ามเนื้อและผิวหนังของเราทำในการตรวจจับพลังของกล้ามเนื้อ แรงกด และมุมของข้อต่อ ASIMO มีทั้งเซ็นเซอร์มุมข้อต่อและ เซ็นเซอร์ แรงหกแกน

Unless you know a lot about robotics, you may not fully grasp the incredible milestone it is that ASIMO walks as we do. The most significant part of ASIMO's walk is the turning capabilities. Rather than having to stop and shuffle, stop and shuffle, and stop and shuffle into a new direction, ASIMO leans and smoothly turns just like a human. ASIMO can also self-adjust its steps in case it stumbles, is pushed, or otherwise encounters something that alters normal walking.

In order to accomplish this, ASIMO's engineers had to find a way to work with the inertial forces created when walking. For example, the earth's gravity creates a force, as does the speed at which you walk. Those two forces are called the "total inertial force." There is also the force created when your foot connects with the ground, called the "ground reaction force." These forces have to balance out, and posture has to work to make it happen. This is called the "zero moment point" (ZMP).

To control ASIMO's posture, engineers worked on three areas of control:

This looks like a job for ASIMO!

Although ASIMO isn't quite ready for prime time (there are still improvements that need to be made to allow it to fully function as Honda hopes), Honda has put ASIMO to work as a receptionist in its office in Wako in Saitama prefecture, just north of Tokyo. ASIMO spends its time greeting guests and leading them around the facilities.

To perform these duties, ASIMO has to be specially programmed to know the layout of the buildings and the appropriate way to greet visitors and answer questions.

If the thought of an army of ASIMO robots gives you the heebie jeebies, you can relax. Honda says that ASIMO will never be used in military applications.

ASIMO can sense falling movements and react to them quickly; but ASIMO's engineers wanted more. They wanted the robot to have a smooth gait as well as do something that other robots can't do -- turn without stopping.

When we walk around corners, we shift our center of gravity into the turn. ASIMO uses a technology called "predictive movement control," also called Honda's Intelligent Real-Time Flexible Walking Technology or I-Walk, to accomplish that same thing. ASIMO predicts how much it should shift its center of gravity to the inside of the turn and how long that shift should be maintained. Because this technology works in real time, ASIMO can do this without stopping between steps, which other robots must do.

Essentially, with every step ASIMO takes, it has to determine its inertia and then predict how its weight needs to be shifted for the next step in order to walk and turn smoothly. It adjusts any of the following factors in order to maintain the right position:

While reproducing a human-like walk is an amazing achievement, ASIMO can now run at speeds up to 3.7 miles per hour (6 kilometers per hour). In order to qualify as a true running robot, ASIMO must have both feet off the ground for an instant in each step. ASIMO manages to be airborne for .08 seconds with each step while running.

Honda engineers encountered an entirely new set of challenges while trying to give ASIMO the ability to run. They gave ASIMO’s torso a degree of freedom to aid in bending and twisting so that the robot could adjust its posture while airborne. Without this ability, ASIMO would lose control while airborne, possibly spinning in the air or tripping when landing.

In order to make turns smoothly while running, the engineers enhanced ASIMO's ability to tilt its center of gravity inside turns to maintain balance and counteract centrifugal force. ASIMO could even anticipate turns and begin to lean into them before starting the turn, much like you would if you were skiing or skating.

In the next section, we’ll look at how ASIMO is able to recognize images and sense its environment.

In robotics, vision is a captured image that is interpreted based on programmed templates. In a manufacturing environment, where robotic arms build cars or robots inspect the microscopic connections on semiconductor chips , you're dealing with a controlled environment. The lighting is always the same, the angle is always the same, and there is a limited number of things to look at and understand. In the real (and unstructured) world, however, the number of things to look at and understand increases greatly.

A humanoid robot that must navigate through homes, buildings, or outdoors while performing jobs must be able to make sense of the many objects it "sees." Shadows, odd angles and movement must be understandable. For example, to walk on its own into an unknown area, a robot would have to detect and recognize objects in real time, selecting features such as color, shape and edges to compare to a database of objects or environments it knows about. There can be thousands of objects in the robot's "memory."

ASIMO's vision system consists of two basic video cameras for eyes, located in its head. ASIMO uses stereoscopic vision and a proprietary vision algorithm that lets it see, recognize, and avoid running into objects even if their orientation and lighting are not the same as those in its memory database. These cameras can detect multiple objects, determine distance, perceive motion, recognize programmed faces and even interpret hand motions. For example, when you hold your hand up to ASIMO in a "stop" position, ASIMO stops. The facial recognition feature allows ASIMO to greet "familiar" people.

ASIMO can recognize objects in motion by interpreting the images captured by the cameras in its head. It can assess a moving object’s distance and direction, which allows ASIMO to follow a person, stop its own progress to allow a moving object to cross its path, or greet you as you approach.

The cameras also relay what ASIMO sees to ASIMO's controller. That way, if you're controlling ASIMO from a PC , you can see what ASIMO sees.

In addition to the cameras in its head, ASIMO has several sensors that help it maneuver through environments and interact with objects and people. Floor surface sensors allow ASIMO to detect objects and changes in the floor. Ultrasonic sensors help orient ASIMO by detecting surrounding objects. The sensors help ASIMO resolve discrepancies between the internal map of the area preprogrammed in its memory and the actual environment.

ASIMO even has a sense of touch, in a way. The force sensors in ASIMO's wrists allow ASIMO to judge how much force to use when picking up a tray, handing you a file or shaking your hand. ASIMO can integrate information gathered by its cameras and force sensors to move in sync with a person while holding hands. When pushing a cart, ASIMO's force sensors help the robot to adjust the amount of force needed to push the cart (for example, ASIMO can push a cart with more force if the sensors detect an incline).

Another way ASIMO can sense the environment is through the use of IC Communication cards. IC cards use infrared signals to receive and transmit information. If you hold an IC card with your information encoded on it, ASIMO can detect your presence even if you aren’t within the line of sight of its cameras. These cards enhance ASIMO’s ability to interact with others. For example, if you were to visit Honda’s office and receive an IC card as a visitor pass, ASIMO could greet you and direct you to the right room after electronically reading the information encoded on your card.

Lend Me Your Microphones

There are three microphones located in ASIMO’s head. Using these microphones, ASIMO can receive voice commands and detect the direction of sound. ASIMO can determine the location sound comes from and then turn to face that direction.

ASIMO is not an autonomous robot. It can't enter a room and make decisions on its own about how to navigate. ASIMO either has to be programmed to do a specific job in a specific area that has markers that it understands, or it has to be manually controlled by a human.

ASIMO can be controlled by four methods:

Using 802.11 wireless technology and a laptop or desktop computer, you can control ASIMO as well as see what ASIMO sees via its camera eyes. ASIMO can also use its PC connection to access the Internet and retrieve information for you, such as weather reports and news.

The wireless joystick controller operates ASIMO's movements the same way you would operate a remote-control car . You can make ASIMO go forward, backward, sideways, diagonally, turn in place, walk around a corner or run in circles. Making ASIMO move by remote control may not seem that advanced, but ASIMO does have the ability to self-adjust its steps. If you have it walk forward, and it encounters a slope or some sort of obstacle, ASIMO automatically adjusts its steps to accommodate the terrain.

ASIMO can recognize and react to several gestures and body postures, allowing users to command ASIMO nonverbally. You can point to a particular spot you want ASIMO to walk towards, for example, and it will follow your lead. If you wave to ASIMO, it will respond with a wave of its own. It can even recognize when you want to shake its hand.

ASIMO can understand and execute simple, preprogrammed verbal commands. The number of commands that can be programmed into its memory is practically unlimited. You can also have your voice registered in its programming, making it easier for ASIMO to recognize you.

In addition to the voice commands for controlling ASIMO's movements, there are also spoken commands to which ASIMO can respond verbally. This is the feature that has made it possible for ASIMO to work as a receptionist, greeting visitors and answering questions.

Like most other technologies in the robotics field, ASIMO is powered by servo motors. These are small but powerful motors with a rotating shaft that moves limbs or surfaces to a specific angle as directed by a controller. Once the motor has turned to the appropriate angle, it shuts off until it is instructed to turn again. For example, a servo may control the angle of a robot's arm joint, keeping it at the right angle until it needs to move, and then controlling that move. Servos use a position-sensing device (also called a digital decoder) to ensure that the shaft of the motor is in the right position. They usually use power proportional to the mechanical load they are carrying. A lightly loaded servo, for example, doesn't use much energy.

ASIMO has 34 servo motors in its body that move its torso, arms, hands, legs, feet, ankles and other moving parts. ASIMO manages a series of servo motors to control each kind of movement.

ASIMO is powered by a rechargeable, 51.8 voltlithium ion (Li-ION) battery that lasts for one hour on a single charge. The battery is stored in ASIMO's backpack and weighs about 13 pounds. ASIMO's battery takes three hours to fully charge, so a second (and third) battery is crucial if you needed ASIMO to operate for very long. Users can charge the battery onboard ASIMO through a power connection or remove the backpack to charge separately.

Robot Competitions

• RoboCup Robot Soccer World Cup
• Federation of International Robosoccer Association
• MechWars
• FIRST
• AUVSI Competitions
• MATE ROV Competition

Can you read my mind?

Honda Research Institute and ATR Computational Neuroscience Laboratories partnered in 2006 to develop a means of controlling ASIMO through thought. Scientists and engineers used an MRI Machine to record a subject’s brain patterns when making a series of hand gestures (a closed fist and the “V” peace sign). The recording was then transmitted to a robotic hand, which decoded the information and duplicated the subject’s gestures. Because the MRI system was non-invasive, there was no need for any surgical procedures.

Honda hopes that this is the first step in developing a system that will allow paralyzed people to control devices such as ASIMO by simply thinking about it. Much more research must be done to allow users to execute complex tasks and to develop a smaller, lightweight device to record brain patterns.

Curious About Servos?

Check out the Northwestern University Mechatronics Design Laboratory's Introduction to Servo Motors.

Honda began development of its humanoid helper robot in 1986. Honda engineers knew the robot had to be able to easily navigate around a house or building, and that meant the walking technology had to be perfect. Therefore, their first attempts were basically boxes with legs. Once the walking mechanism was mostly developed, arms, hands and finally a head were added.

The ASIMO Timeline

In addition to ASIMO, there are some other pretty sophisticated humanoid robots out there that appear to do a lot of the same things. Most of them are built on a much smaller scale and are intended more for entertainment than service. Right now, ASIMO's greatest competition in terms of technology seem to be:

นอกจากนี้ยังมีหุ่นยนต์หลายตัวที่ใช้ในโรงพยาบาลทั่วโลกซึ่งนำทางไปตามทางเดินและใช้ลิฟต์เพื่อส่งบันทึกผู้ป่วยเอ็กซ์เรย์ ยารักษาโรค และสิ่งอื่น ๆ ทั่วโรงพยาบาล พวกเขาเดินทางด้วยล้อและตั้งโปรแกรมด้วยแผนผังโรงพยาบาลหรือระบุและปฏิบัติตามเครื่องหมายและบาร์โค้ดที่วางไว้บนผนัง

มีการใช้หุ่นยนต์ในหลายพื้นที่ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 เนื่องจากโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์มีประสิทธิภาพมากขึ้นและเทคโนโลยีในวิทยาการหุ่นยนต์ขยายไปสู่พื้นที่ใหม่ จะใช้เวลาไม่นานก่อนที่เราจะมี "โรซี่" ในการปรุงอาหารและทำความสะอาดบ้านของเรา

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ ASIMO และหุ่นยนต์อื่นๆ รวมถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ทำให้หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์เป็นไปได้ โปรดดูลิงก์ในหน้าถัดไป

หุ่นยนต์เกี่ยวกับเมือง

ASIMO สร้างเสน่ห์ให้กับผู้ชมในงานสื่อ รายการโทรทัศน์ และแม้แต่ดิสนีย์แลนด์ คุณอาจเคยเห็นอาซิโม:

• ตีระฆังเปิดที่ตลาดหลักทรัพย์นิวยอร์กในปี 2545
• ได้รับเกียรติจาก Robot Hall of Fame ในปี 2547
• เดินพรมแดงรอบปฐมทัศน์ “Robots: The Movie”
• ทำหน้าที่สนับสนุนใน “Update 2056: The World in 50 Years”
• เต้นรำกับเอลเลนในรายการ “The Ellen DeGeneres Show”
• ให้ความบันเทิงและให้ความรู้แก่ผู้คนที่สถานที่ท่องเที่ยว “Say Hello to ASIMO” ของดิสนีย์แลนด์
• ปลอมแปลงใน "South Park" เมื่อ Eric Cartman ปลอมตัวเป็น "Awesome-O"

บทความที่เกี่ยวข้อง

More Great Links