由德國宇航中心（German Aerospace Center，簡稱 DLR）成功研制的名為“Rollin’ Justin的服務機器人能夠實現復雜的雙手操作，并且，它采用的是移動平臺，因此其行動也非常自如。它是一款服務機器人樣機，未來，服務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勞動或者在倉庫里搬送貨物。

既會搬箱子又會泡茶的服務機器人“Rollin,Justin”

      近年來，仿人機器人，即類人型機器人的的發展取得了重大進展。由德國宇航中心（German Aerospace Center，簡稱 DLR）成功研制的名為“Rollin’ Justin”的機器人能夠實現復雜的雙手操作，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”是一款服務機器人樣機，未來，服務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，而控制則由 Beckhoff TwinCAT PLC 自動化軟件實現。

      “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 研發的輕型機械臂和機械手（例如用于進行航空維護工作）的基礎上研制而成的。機器人抓取范圍的擴大通過旋轉和移動底座上實現，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行的軀干運動非常相似。機器人“Rollin’ Justin”僅上半身就有 43 度轉動角度，并配備了扭矩傳感器；總共有51 個關節，因此其運動非常靈活，能夠敏捷地進行操作和交互運動。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制速溶茶，后者需要復雜的運動協調。機器人必須用一只手抓住才茶葉罐，以便用另一只手擰開它。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調：例如，在抓取較大的物體（如箱子）時，需要雙臂緊密協調。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境進行互動： 當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工作。機器人體內集成了一個語音識別系統，能夠聽懂將近 100 個單詞，并能夠將這些單詞結合起來變成有意義的短句。除此之外，它還能使用內置攝像頭從周圍環境采集信息并能夠識別目標，從而根據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 — 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： 當它在進行高動態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 — EtherCAT”

      “在研制‘Rollin’ Justin’時，我們使用了由第三方供應商提供的成熟硬件組件，幫助我們節省了很多開發時間。”來自 DLR 機器人及機電一體化研究所機器人系統部門的 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計需要所決定的。但是， 這也給 DLR 帶來了不小的挑戰， 那就是他們必須將各種實時協議集成在一起。組件間的通訊通過CAN、CANopen、SERCOS、SpaceWire 和 EtherCAT 實現。這些不同的現場總線通過 Beckhoff EtherCAT 從站上的 TwinCAT PLC自動化軟件映射。控制所需的所有數據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 環境中的一個具有實時能力的總線協議同步傳輸。“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，另一方面，這些組件的性能不會受到限制，如 SERCOS 驅動器的周期時間僅為 1 ms，且死區時間短。我們找到了最理想的通訊系統，即EtherCAT。”Klaus Kunze 先生高興地說道。力傳感器和伺服驅動器通過 Beckhoff 標準的 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據。機械臂和旋轉底座的 SERCOS 驅動器通過 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劃的性能，實現復雜的雙手操作任務。就目前來說，將移動式服務機器人用作搬箱子或泡茶等家務的家庭生活好幫手仍然還只是一個對未來的夢想。