一年一度的國(guó)際消費(fèi)性電子展(CES)在1月初于美國(guó)拉斯韋加斯舉行，在展出的眾多五花八門(mén)的消費(fèi)性電子裝置中，筆者偏好尋找能對(duì)這個(gè)世界帶來(lái)一些重要影響的電子技術(shù)；CES第一天，我首先注意到的就是韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)(HyundaiMotorCompany)展示的可穿戴外骨骼機(jī)器人(wearableroboticexoskeleton)，由該公司的資深研究員DongJinHyun講解。

可穿戴外骨骼機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)始于美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的「高效益機(jī)器人架構(gòu)與電機(jī)系統(tǒng)(highlyefficientroboticmechanismsandelectromechanicalsystem，HERMES)」，是MIT仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室(BiomimeticRoboticsLab)旗下的研究項(xiàng)目；該實(shí)驗(yàn)室提出了一個(gè)概念、著手設(shè)計(jì)，最后打造了可遠(yuǎn)程操控的全身人形機(jī)器人原型。

MIT所打造的人形機(jī)器人系統(tǒng)不只能在危險(xiǎn)的環(huán)境運(yùn)作，能負(fù)擔(dān)繁重的任務(wù)，此設(shè)計(jì)最重要的影響是由DongJinHyun衍生設(shè)計(jì)出的可穿戴式外骨骼。

讓HERMES與人形機(jī)器人動(dòng)作平衡

設(shè)計(jì)工程師一直在嘗試讓機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)發(fā)揮到極限──也就是說(shuō)讓機(jī)器人的動(dòng)態(tài)行為動(dòng)作就跟人類一樣。我們身為人類，能透過(guò)大腦思考來(lái)適應(yīng)不尋常、未預(yù)期的狀況，讓我們能在問(wèn)題解決方面非常有創(chuàng)造力；透過(guò)在機(jī)器人身上布署某種形式的人工智能以及運(yùn)動(dòng)技巧，就可能讓機(jī)器人能進(jìn)入高度危險(xiǎn)、可能致命的環(huán)境執(zhí)行任務(wù)，以保障現(xiàn)場(chǎng)工作人員的生命安全。

藉由采用發(fā)散運(yùn)動(dòng)分量(divergentcomponentofmotion，DCM)，操作員與機(jī)器人能透過(guò)質(zhì)心(centerofmass，CoM)與壓力中心(centerofpressure，CoP)的動(dòng)力達(dá)成平衡同步化；我們?nèi)祟惸芡高^(guò)幾個(gè)關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)復(fù)雜的動(dòng)作，并同步協(xié)調(diào)動(dòng)作的優(yōu)美與順暢，而研究人員也希望打造出能完全模仿人類流暢動(dòng)作的機(jī)器人。

能達(dá)成以上目標(biāo)的方法之一，是透過(guò)全身遠(yuǎn)程操作(whole-bodyteleoperation)來(lái)擷取、模仿人類的動(dòng)作。

MIT研發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)HERMES，是一種能執(zhí)行復(fù)雜動(dòng)態(tài)操作任務(wù)的人形機(jī)器人設(shè)計(jì)。

遠(yuǎn)程的機(jī)器人操作員需要能與機(jī)器人的身體與感官合為一體，也就是說(shuō)能感覺(jué)到機(jī)器人的力量以及受到的干擾，并因此能導(dǎo)引機(jī)器人成功執(zhí)行任務(wù)、就像操作員自己在現(xiàn)場(chǎng)一樣。MEMS傳感器應(yīng)該在這種設(shè)計(jì)中扮演了重要角色，現(xiàn)在加速度計(jì)與陀螺儀已經(jīng)能有效被運(yùn)用于這類人形機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)作與感測(cè)。

慣性量測(cè)單元(IMU)以及傳感器中樞，能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確控制、自動(dòng)化以及定位(positioning)；如ADI的EVAL-ADIS2評(píng)估系統(tǒng)能協(xié)助加速產(chǎn)品上市，BoschSensortec也有可搭配其智能中樞(SmartHubs)以及專用傳感器節(jié)點(diǎn)(ASSN)的優(yōu)異傳感器中樞軟件。

BoschSensortec的MEMS傳感器解決方案陣容堅(jiān)強(qiáng)。

客制化IMU設(shè)計(jì)讓機(jī)器人站穩(wěn)

講到IMU，似乎與HERMES人形機(jī)器人無(wú)關(guān)，不過(guò)客制化IMU能讓設(shè)計(jì)工程師維持擁有天生不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)軌跡(motionprofile)的機(jī)器人之穩(wěn)定性；例如為Ballbot設(shè)計(jì)的客制化IMU，能為這種本來(lái)形狀就無(wú)法「站穩(wěn)」的機(jī)器人，帶來(lái)維持穩(wěn)定所需的精確度。

在校準(zhǔn)IMU之前需要先校準(zhǔn)ADC，這有助于簡(jiǎn)化IMU的校準(zhǔn)，只需要簡(jiǎn)單的設(shè)備就能完成；Kalman濾波器在此是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合以及精確角度估算輸出的關(guān)鍵，并能讓機(jī)器人完美平衡。Kalman濾波器也能去除陀螺儀訊號(hào)漂移，以及可能會(huì)讓加速度計(jì)失誤的移動(dòng)加速噪聲。

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