浙江大學成功研制大型仿人機器人

本刊記者/吳浪 通訊員/周煒

浙江大學成功研制大型仿人機器人

本刊記者/吳浪 通訊員/周煒

“悟”“空”對戰(攝影 盧紹慶)

2011年10月9日，浙江大學玉泉校區智控樓一間安靜的實驗室里，忽然傳出一陣連續的打乒乓球的聲音。打球的并不是需要放松一下的研究生，他們此刻正全神貫注地盯著打球的“人”——一張標準的乒乓球桌前，兩個幾乎長相一模一樣的機器人正在“對決”。

它們一個叫“悟”一個叫“空”，身高1米60，體重55公斤，壽桃頭，中式馬褂，是浙大智能系統與控制研究所的機器人實驗室最新研發的大型仿人機器人。2007年4月起，實驗室開始承擔科技部863重點課題“仿人機器人高性能單元和系統”，“悟”、“空”是這個項目的代表之作。

“悟”拿起乒乓，向“空”發了一個球。“空”掄起球拍，立刻把球回了過來。球來來回回幾十個回合，他們似乎不知疲倦，時而正拍，時而反拍，有板有眼地回著每一個球。

“當時，國際上已經出現一些大型仿人機器人，比如能走路給人遞飲料的機器人，還有正在研制會接棒球的機器人，我們希望機器人能做更復雜的動作，與環境和人的交互性更強，同時又有中國特色的，我們就想到了國球乒乓球。乒乓球的運動需要機器人連續反應速度，對于控制的速度和精準性有很大的挑戰。”研發人員之一、視覺組的章逸豐博士說。

據浙江大學機器人實驗室主任熊蓉介紹，這個“孕育”了四年多的第三代仿人機器人集成了機器人領域的先進技術：它的身軀采用了高強度輕質材料和加工工藝，全身30個關節的30個電機各司其職，運動靈活，僅手臂就能做7個自由度的運動；浙大擁有自主知識產權的我國第一個工業自動化國際標準——EPA(以太網實時控制技術)被運用到了機器人的開發中，使得機器人的反應速度更快；另外，機器人的精確識別、定位預測、運動建模和平衡能力都很強。即使揮舞球拍的時候產生很大的加速度，“悟”、“空”也是穩如泰山。

乒乓球從球桌的這頭到那頭，時間不到一秒，運動員是憑經驗與直覺作出回球反應，而“悟”、“空”的背后則是一個強大的技術支持團隊，讓其應對自如。球出發的一瞬間，“悟”、“空”頭頂上方的兩只“眼睛”就開始以每秒120幅圖像的速度捕捉球的運動軌跡，拍攝到的二維照片瞬時轉化為三維圖像——眨眼之間，“悟”、“空”已經精準地預測球的落點，誤差不到2.5厘米。幾乎同時，最優路線和最佳姿勢也已“敲定”。整個反應時間在50～100毫秒之間。最后的0.4秒，“悟”、“空”揮動手臂，把球準確地送向了對方。

實驗室的開發人員也樂意做“悟”、“空”的“陪練”，因為他們相當“友好”：總會把球推送到你回球最舒服的地方，還能控制節奏——你來球快，他就要讓球速慢一點；來球慢，他就要讓球速快一點；來球高，回球就稍微壓一點；來球低，就稍微向上挑一點。這樣，他與人對打的最高紀錄可以達到140多個回合。“我們的下一目標，是研發運動更加靈活反應更加快速的機器人，比如在打乒乓球時可以前后左右移動的機器人，也將和實驗室所研發的智能認知技術相結合，構成仿人型的智能家用服務機器人。”運動組的研究人員孫逸超博士說。

熊蓉告訴記者，除了讓機器人運動，它們將來還將在家用服務領域上發揮更大的作用。“比如助老、助殘，或者為人類提供娛樂性的服務。”而如果研發成熟，仿人機器人還將走到室外，到有危險的環境中，幫助人類從事探險活動。

“悟”、“空”的研發人員們很多是機器人領域的資深“發燒友”。他們在本科階段，就加入了浙大機器人競賽基地，他們曾經一起開發的仿人小型機器人“悟空”、“ 悟能”、“悟凈”在世界機器人比賽(ROBOCUP)中取得過不凡戰績。而個頭比他們大好幾倍的最新一代大型仿人機器人“悟”、“空”，就是為了紀念前輩“悟空”而命名的。研發人員之一朱秋國說，“研究機器人的激動之處就在于，看到自己的想法成為現實，自己做的改進能馬上看到效果，特別是有的時候機器人能表現得超乎想象！”