Kenshiro:擁有160塊肌肉的強勁機器人

經過長年的研究開發,日本東京大學製作出一個具有160塊人造肌肉,且由肌腱控制的人型機器人。
在這個身高僅158公分的機器人中,一共使用了大約100顆maxon無刷馬達,讓它能作出近似真人的動作。

東京大學打造出一個由肌腱控制的人型機器人,能夠模仿真人動作,達到的效果非常好。它被命名為Kenshiro-與日本八零年代一著名系列漫畫中的英雄主角同名。日本科學家在研發這個機器人的期間,參考了非常多人體解剖學的資料,目的在於打造出一個酷似真人的人造人。「我們想要透徹地瞭解人體的動作和外觀,讓這些特徵盡量確實地展現在Kenshiro身上。」岡田慧教授如此解釋。這個機器人身高158公分,體重50公斤,相當於一個十二歲的日本男孩。

為了能與人類的身體結構儘可能地相同,Kenshiro被賦予了人類最重要的肌肉:腿部裝有50塊,軀幹76塊,肩膀12塊,以及頸部22塊。這代表的是,在目前所有人型機器人中,Kenshiro擁有最多的肌肉。以真人來作比較:一個人全身有大約640塊肌肉,是一個非常複雜的生物結構。透過160塊由肌腱控制的肌肉,Kenshiro已經可以作到很多人類的身體動作。但當然無法完全像真人一樣行動,因為人類的身體動作變化是非常複雜的。Kenshiro可以移動它的手臂、腿和上半身;然而,要和真人一樣走路,它還得再學習一段時間。話說回來,這個機器人是如何學習人類的動作呢?很簡單,只要有人在它面前做一個動作,它就會模仿。

採用的學習方式很簡單,就是利用一個開放式資源智慧型軟體,加上一個機械式介面;但是在學習走路時,所需要的可不止是這些。
Kenshiro的「骨骼」是由鋁合金製成,之間相互連接且能保持活動,與人類骨骼相似。而另外由稲葉雅幸教授所領導的團隊所必須克服的最大挑戰,就是要將機器人的體重維持在50公斤。若要將機器人製成成人的體型,那麼重量就會達到約100公斤。這代表的是更高的負重、更多的能源消耗,而且動作會更緩慢。

160塊肌肉,93顆馬達
東京大學資訊系統工程研究所 (JSK) 的研究人員選擇了maxon motor的產品作為機器人的動力系統。Kenshiro的160塊肌肉的動力來源都來自93顆maxon EC (BLDC)馬達。其中,特殊肌肉的伸展,例如腹肌和胸肌,只需要一顆馬達的動力,在此使用的是maxon motor無刷馬達EC 16和EC 22。maxon電子式伺服馬達具有良好力矩作用以及高動態表現、轉速範圍大,並且擁有極長使用壽命。其他肌肉的伸展則需要用到強勁的BLDC馬達,也因此這些馬達具備60至100瓦的功率。此外,馬達溫度表現也是在選擇馬達時相當重要的一環。由於無法在機器人體內進行降溫,因此對岡田慧教授來說,馬達自身幾乎不會產生溫度的特點,是非常重要的。

JSK自1980年起使開始著手發展各種不同的機器人。初期是各種服務機器人,接著是工業機器人,到現在的人型機器人,例如Kenshiro。而在Kenshiro之前還有Kenta、Kotaro、Kojiro和Kenzoh,它們的目的都在於精確複製人類的軀體;當然,與人類相似的外表也就不可或缺了。因此日本科學家目前正致力於研發機器人的皮膚。在不久的將來,Kenshiro將能夠主動地與周圍環境進行互動。下一個目標將是讓Kenshiro更平穩且更長時間的行走。

 © maxon motor ag

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