摘 要：本文較為詳細地介紹了國外和國內(nèi)仿人機器人研究現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合仿人機器人的機械結(jié)構(gòu)，智能算法、傳動機構(gòu)和外設(shè)電源等方面，提出未來仿人機器人的研究重點和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：類人機器人；步態(tài)規(guī)劃；數(shù)學分析；能量優(yōu)化；人工智能

隨著科技的進步，人工智能技術(shù)在人類生產(chǎn)生活中越來越普及。其中機器人的發(fā)展正在掀起一場科技風暴，全世界相關(guān)科技工作者均在竭力研發(fā)各種類型的機器人。在機器人研究領(lǐng)域，仿人機器人不同于工業(yè)機器人。它具有與人類相類似的肢體結(jié)構(gòu)，靈活的移動系統(tǒng)，以及極強的適應(yīng)能力。目前世界各國發(fā)展仿人機器人的主要目的是，協(xié)助或者代替人類完成復(fù)雜，危險以及環(huán)境惡劣的工作。并且，仿人機器人在世界各國的發(fā)展差異也比較大，主要包括機器人結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計功能等方面。本文將對國內(nèi)外仿人機器人的研究現(xiàn)狀進行闡述，并為未來機器人的發(fā)展提出展望。

一、 國外仿人機器人研究現(xiàn)狀

從20世紀60年代，仿人機器人的研究逐漸受到世界各國科技工作者的關(guān)注。在四十多年的研究中，仿人機器人的研究可以說是日新月異，其性能越來越強，功能越來越全面?，F(xiàn)如今仿人機器人的研究已經(jīng)成為各國機器人技術(shù)領(lǐng)域的主要研究方向。

仿人機器人的研究開始于1968年，美國通用電氣公司研制了一臺操作雙足機器人，從而掀起了仿人機器人研制的浪潮。1999年，美國麻省理工學院在前人的基礎(chǔ)上，研制出仿人機器人COG。該機器人的結(jié)構(gòu)主要由頭、胳膊、手掌和軀干組成，它是人工智能和機械自動化的產(chǎn)物。2005年，該學院研制出具有29個自由度的機器人Domo。該機器人采用經(jīng)典的“被動動力學”理論設(shè)計方案，能夠極大程度上模擬人類的行走姿態(tài)。

1969年，日本學者加藤一郎首次在日本開展仿人機器人的研究，并制作出WAP-1平面自由度機器人。該機器人具有多個自由度，腿部機械關(guān)節(jié)包括髖、膝和踝三個部分。為了更好地模擬人類行走方式，采用人造橡膠作為機器人的關(guān)節(jié)肌肉。但實際行走過程中，該機器人穩(wěn)定性較差。在此基礎(chǔ)上，加藤一郎在1971年研制了WAP-3型仿人機器人，該機器人比WAP-1多了3個自由度，并且具有人工聽覺和視覺等裝置。

從1986年至今，日本本田公司已經(jīng)研制了P系列1-3型雙足機器人。該機器人設(shè)計目的是家庭服務(wù)。因此該機器人具有一定的人視覺和良好的避障能力，并且還能完成上下樓梯等行走方式。2005年12月，本田公司研制出最新一代智能仿人機器人“ASIMO”。該機器人的服務(wù)范圍已經(jīng)不局限于家庭服務(wù)，還可以在辦公室等復(fù)雜環(huán)境下工作，主要包括接待、遞送和向?qū)У确?wù)，并且具有良好的運行能力。

除了美國和日本具有較為成熟的仿人機器人研究技術(shù)。國外其他國家也在這項領(lǐng)域投入大量的人力物力。如英國研制出的WL系列機器人，法國的BIP2000，韓國的KHR和加拿大的HR6等。這些機器人均為仿人雙足機器人，但因各國設(shè)計機器人的功能差異，其自由度以及肢體結(jié)構(gòu)存在較大的差異。

二、 國內(nèi)仿人機器人研究現(xiàn)狀

我國仿人機器人的發(fā)展起始于20世紀80年代，機器人的研制主要集中在高校和相關(guān)科研院所，其中研究成果最為突出的主要有哈爾濱工業(yè)大學和國防科技大學。

1985年，哈爾濱工業(yè)大學開展仿人雙足機器人的研究工作，其早期設(shè)計的機器人主要側(cè)重于機器人步態(tài)規(guī)劃，研究重點是如何讓機器人能夠像人類一樣穩(wěn)定的行走。在此基礎(chǔ)上，1995年成功研制出HIT-1、HIT-2以及HIT-3型號機器人，其最新型號機器人具有12個自由度，踝關(guān)節(jié)設(shè)計兩個正交電機，可同時實現(xiàn)兩個自由度。2004年6月，哈爾濱工業(yè)大學在以往競技機器人的基礎(chǔ)上，成功研制出用于足球競技的仿人雙足機器人。

2000年，國防科技大學成功研制出具有人類結(jié)構(gòu)特征的“國產(chǎn)”仿人機器人“先行者”，機器人可以像人類一樣完成各種行走動作，并且還具有一定的語言功能。2002年12月，我國真正意義上的仿人機器人BHR-1誕生，它具有1.58米身高，76公斤的體重，具有32個關(guān)節(jié)，行動靈活，并且能夠完成各種復(fù)雜的動作。

隨著我國“863”計劃對仿人機器人研究的大力支持，清華大學、上海交通大學和中科院自動化所等單位也在逐漸重視并進行相關(guān)研究。

三、 仿人機器人研究展望

隨著AI技術(shù)的發(fā)展，仿人機器人的研究應(yīng)該在模型和智能算法上與時俱進，針對仿人機器人的功能，對其本體結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計，將單一功能的機器人轉(zhuǎn)換為多用途機器人。結(jié)合機械力學和動力學的發(fā)展，將多學科相融合，創(chuàng)新仿人機器人的傳動機構(gòu)，使機器人的運動更加協(xié)調(diào)和穩(wěn)定。為保證機器人的工作時間和待機水平，需要探索適合機器人的外設(shè)電源，提升機器人的整體性能。

參考文獻：

[1]滿翠華，范迅，張華等.類人機器人研究現(xiàn)狀和展望[N].農(nóng)業(yè)機械學報，2006，37（9）：204-207.

[2]謝濤，徐建峰，張永學等.仿人機器人的研究歷史、現(xiàn)狀及展望[J].機器人，2002，24（4）：367-374.

[3]王玲，陳穎健.雙足步行機器人P3——可自由行走的世界最尖端的類人型機器人[J].國外科技動態(tài)，2000（9）：3-5.

[4]王握文.新世紀的“先行者”——我國類人型機器人誕生記[J].中國科技財富，2001（2）：12-15.

作者簡介：

李子實，黑龍江省哈爾濱市，哈爾濱市第十三中學高二10班。