由德國宇航中心（German Aerospace Center，簡稱 DLR）成功研制的名為“Rollin’ Justin的服務(wù)機器人能夠?qÅ«)å´¿F(xiàn)復(fù)雜的雙手操作，并且，它采用的是移動平臺，因此其行動也非常自如。它是一款服務(wù)機器人樣機，未來，服務(wù)機器人將融入人們的家庭日常生活，幫助人們完成日常的家務(wù)勞動或者在倉庫里搬送貨物。

既會搬箱子又會泡茶的服務(wù)機器人“Rollin,Justin”

      近年來，仿人機器人，即類人型機器人的的發(fā)展取得了重大進(jìn)展。由德國宇航中心（German Aerospace Center，簡稱 DLR）成功研制的名為“Rollin’ Justin”的機器人能夠?qÅ«)å´¿F(xiàn)復(fù)雜的雙手操作，并且，它采用的是移動平臺，因此能夠在房間各處行動自如。“Rollin’ Justin”是一款服務(wù)機器人樣機，未來，服務(wù)機器人將融入人們的家庭日常生活，幫助人們完成日常的家務(wù)勞動或者在倉庫中搬送物品。運動順序所需的高速通訊通過EtherCAT 實現(xiàn)，而控制則由 Beckhoff TwinCAT PLC 自動化軟件實現(xiàn)。

      “Rollin’ Justin”是位于 Weßling 的德國宇航中心（GermanAerospaceCenter，簡稱 DLR）十多年的研究成果。這種人形移動式機器人是在由 DLR 研發(fā)的輕型機械臂和機械手（例如用于進(jìn)行航空維護(hù)工作）的基礎(chÇ”)上研制而成的。機器人抓取范圍的擴大通過旋轉(zhuÇŽn)和移動底座上實現(xiàn)，底座上安裝了四條獨立的、可靈活伸縮的機械腿，這與一個人在擴大其活動半徑時所進(jìn)行的軀干運動非常相似。機器人“Rollin’ Justin”僅上半身就有 43 度轉(zhuÇŽn)動角度，并配備了扭矩傳感器；總共有51 個關(guān)節(jié)，因此其運動非常靈活，能夠敏捷地進(jìn)行操作和交互運動。機器人的雙手非常靈活，能夠嫻熟地操縱物品，例如，它能夠搬運箱子或者調(diào)制速溶茶，后者需要復(fù)雜的運動協(xié)調(diào)。機器人必須用一只手抓住才茶葉罐，以便用另一只手?jǐn)Q開它。然后，它將速溶茶顆粒倒入玻璃杯中，用一根手指輕拍茶葉罐以精確計量顆粒數(shù)量。最后，它將玻璃瓶中的水倒入玻璃杯中。

      使用扭矩傳感器實現(xiàn)敏捷操作

      視操作種類方式的不同，機器人的手和臂之間要求更松或更緊的協(xié)調(diào)：例如，在抓取較大的物體（如箱子）時，需要雙臂緊密協(xié)調(diào)。另一方面，擰開螺帽這一動作需要手和臂的同步運動。此外，“Rollin’ Justin”還能夠與人類及其周圍環(huán)境進(jìn)行互動： 當(dāng)它撞到某個東西或碰到一個物體或者人時，它會馬上注意到這一情況并停止移動，或者它會詢問是否要繼續(xù)工作。機器人體內(nèi)集成了一個語音識別系統(tÇ’ng)，能夠聽懂將近 100 個單詞，并能夠?qÅ«)⑦@些單詞結(jié)合起來變成有意義的短句。除此之外，它還能使用內(nèi)置攝像頭從周圍環(huán)境采集信息并能夠識別目標(biāo)，從而根據(jù)這些信息確定自己移動的方向。扭矩傳感器的配備 — 例如在手指內(nèi) — 可確保“Rollin’Justin”能夠抓住外表皮十分脆弱的物體（如草莓），而不會將它們捏碎。機器人的抓地面積也是可變： 當(dāng)它在進(jìn)行高動態(tài)動作或需要特別長時間才能完成的動作時，“Rollin’Justin”會通過增大其底座的抓地面積來穩(wÄ›n)定住上半身；而這需要機器人伸出它的四條腿。如果需要穿過一個狹窄的通道，它則會再次收回腿。

      “我們找到了理想的通訊系統(tÇ’ng) — EtherCAT”

      “在研制‘Rollin’ Justin’時，我們使用了由第三方供應(yÄ«ng)商提供的成熟硬件組件，幫助我們節(jié)省了很多開發(fā)時間。”來自 DLR 機器人及機電一體化研究所機器人系統(tÇ’ng)部門的 KlausKunze 先生解釋道。“我們的選擇主要是由所需的功能和緊湊型設(shè)計需要所決定的。但是， 這也給 DLR 帶來了不小的挑戰(zhàn)， 那就是他們必須將各種實時協(xié)議集成在一起。組件間的通訊通過CAN、CANopen、SERCOS、SpaceWire å’Œ EtherCAT 實現(xiàn)。這些不同的現(xiàn)場總線通過 Beckhoff EtherCAT 從站上的 TwinCAT PLC自動化軟件映射。控制所需的所有數(shù)æ“š(jù)通過一臺用于控制整個平臺（包括上半身）的實時計算機中的 Matlab/Simulink ç’°(huán)境中的一個具有實時能力的總線協(xié)議同步傳輸。“我們需要這樣一個解決方案：一方面它必須支持組件通訊技術(shù)，另一方面，這些組件的性能不會受到限制，如 SERCOS é©…(qÅ«)動器的周期時間僅為 1 ms，且死區(qÅ«)時間短。我們找到了最理想的通訊系統(tÇ’ng)，即EtherCAT。”Klaus Kunze 先生高興地說道。力傳感器和伺服驅(qÅ«)動器通過 Beckhoff 標(biāo)準(zhÇ”n)çš„ EtherCAT 端子模塊連接。Beckhoff SSI 端子模塊用于采集機器人腿位置傳感器中的數(shù)æ“š(jù)。機械臂和旋轉(zhuÇŽn)底座的 SERCOS é©…(qÅ«)動器通過 Beckhoff SERCOS 主站 PCI 插卡連接。“Rollin’ Justin”是一個極佳的實驗平臺，DLR 可以利用它測試魯棒控制策略和智能行動規(guÄ«)劃的性能，實現(xiàn)復(fù)雜的雙手操作任務(wù)。就目前來說，將移動式服務(wù)機器人用作搬箱子或泡茶等家務(wù)的家庭生活好幫手仍然還只是一個對未來的夢想。