详解欧洲顶尖实验室DLR研发的人形机器人

详解欧洲顶尖实验室DLR研发的人形机器人

来源 | 机器人大讲堂

原创 | 堂博士

DLR是欧洲最优秀的机器人实验室之一，90年代初期其因为希望将机械手臂送上太空代替人类，开始开发轻量化机械臂，拥有LWR，Hasy，人形机器人Justin和TORO等多个知名机器人。最近，YouTube上一段TORO机器人控制平衡的视频引来不少点击，其实TORO机器人已经经历了几个版本的“升级”，今天我们就来介绍一下德国宇航局的人形机器人TORO以及它的伙伴们。

大家看TORO的样子，有没有觉得它和我们之前介绍过的一款名为Rollin'Justin的人形机器人有些像，Rollin'Justin也出自DLR实验室，曾向我们展现过优秀的家务能力，还能协助太空宇航员。

（机器人Rollin'Justin）

有腿的仿人机器人要能执行多种任务。它们要能与环境互动，遇到外部障碍时能扭转身体，同时还要保持稳定协调的平衡。

为此，研究人员提出一种新的控制方法，把多级别控制和平衡结合。他们在仿人机器人TORO身上模拟了这种方法。为了达到恰当平衡，他们先把所有的任务力/力矩分配到终端受动器，然后按照任务级别映射到连接空间。

TORO的总重量约为75千克，高度约为160厘米。是基于前DLR-Biped双足类人机器人设计而来。为了适应腿部基础并减少行走时的负荷，研究人员重新设计了髋部结构。前两个肩关节由DLR轻型机器人手臂的一部分组装，而其余部分则是定制的。

为了与环境相互作用，TORO的手臂配备了铰接式指针。由于TORO将主要用于研究与全身动力学相关的控制导向问题，因此研究人员决定使用相当简单但坚固的假手。

这些手能够与环境进行多种交互，但在灵巧操作方面则受到一些限制。对于环境感知和运动估计，该系统配备有立体摄像头，IMU和Kinect传感器的致动头。

下面这个机器人是DLR研发的拟人机器人David。以前David是被称为DLR手臂系统，具有可变刚度执行器（VSA）的关节，其在传动系中具有机械可调节的灵活性。其发展的一个目标是接近人的能力，特别是在动力学，灵活性和稳健性方面。该机器人于2010年首次公开展出。

别看David是一个成年人的样子，重量只有26公斤，具有41个自由度，165个位置传感器，据说在与人类相近的工作空间内，其工作速度可以与人类相媲美。David对机械弹簧产生的冲击具有很强的抵抗力，所有关节都具有可变刚度，能实现通过弹簧储能的动态运动。

和Rollin'Justin长得比较像的另一个机器人叫SpaceJustin，是一个人形上身，由两个轻型机器人手臂，两个DLR-HIT手，一个躯干和一个头部组成。

DLR还研发过一个蜘蛛外型的Crawler机器人，足迹5厘米x 38厘米，离地间隙最大12厘米。质量3.66千克，具有18个活动腿关节。有效载荷为3公斤，速度高达20厘米/秒，该机器人于2008年首次向公众展示。

针对地面和地外探测，研究人员为DLR Crawler开发的所有运动和导航相关算法都集中在先验未知的GPS拒绝环境。DLR爬行器的步态算法采用高度灵活，分散的方法，其中相邻的腿通过抑制或激发步伐运动而相互影响。

因此，DLR爬行者的步态不显示固定模式，而是根据命令速度和腿与当地环境的相互作用而出现。为了在未知地形中导航，DLR Crawler还装有立体摄像头，基于半全局匹配的立体视觉算法，机器人可评估地形的可穿越性，并仅根据其车载传感器获取的信息计划到达目标。