仿人機器人研究現狀及展望

摘 要：本文較為詳細地介紹了國外和國內仿人機器人研究現狀。在此基礎上，結合仿人機器人的機械結構，智能算法、傳動機構和外設電源等方面，提出未來仿人機器人的研究重點和發展方向。

關鍵詞：類人機器人；步態規劃；數學分析；能量優化；人工智能

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

一、 國外仿人機器人研究現狀

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。現如今仿人機器人的研究已經成為各國機器人技術領域的主要研究方向。

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上，研制出仿人機器人COG。該機器人的結構主要由頭、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。該機器人采用經典的“被動動力學”理論設計方案，能夠極大程度上模擬人類的行走姿態。

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，腿部機械關節包括髖、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節肌肉。但實際行走過程中，該機器人穩定性較差。在此基礎上，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，日本本田公司已經研制了P系列1-3型雙足機器人。該機器人設計目的是家庭服務。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”。該機器人的服務范圍已經不局限于家庭服務，還可以在辦公室等復雜環境下工作，主要包括接待、遞送和向導等服務，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。國外其他國家也在這項領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，但因各國設計機器人的功能差異，其自由度以及肢體結構存在較大的差異。

二、 國內仿人機器人研究現狀

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

1985年，哈爾濱工業大學開展仿人雙足機器人的研究工作，其早期設計的機器人主要側重于機器人步態規劃，研究重點是如何讓機器人能夠像人類一樣穩定的行走。在此基礎上，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，踝關節設計兩個正交電機，可同時實現兩個自由度。2004年6月，哈爾濱工業大學在以往競技機器人的基礎上，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構特征的“國產”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個關節，行動靈活，并且能夠完成各種復雜的動作。

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研究。

三、 仿人機器人研究展望

隨著AI技術的發展，仿人機器人的研究應該在模型和智能算法上與時俱進，針對仿人機器人的功能，對其本體結構進行改進設計，將單一功能的機器人轉換為多用途機器人。結合機械力學和動力學的發展，將多學科相融合，創新仿人機器人的傳動機構，使機器人的運動更加協調和穩定。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電源，提升機器人的整體性能。

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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。