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人形的一小步,是科技的一大步
所有機器人當中屬人形機器人最具難度,無論是雙足取代四輪移動、身體的平衡 和影像辨識等感測器的應用,都必須集合與於一身,其中繁複的機電整合更使開 發工作更具挑戰性。現在產業中關於人型機器人的應用還很有限,但因為人型機 器人的雙足機構,讓他的應用場域比輪型機器人還要廣,是十分具有潛力的研究項目。
Humanoid robots & Service robots
所有機器人當中屬人形機器人最具難度,無論是雙足取代四輪移動、身體的平衡 和影像辨識等感測器的應用,都必須集合與於一身,其中繁複的機電整合更使開 發工作更具挑戰性。現在產業中關於人型機器人的應用還很有限,但因為人型機 器人的雙足機構,讓他的應用場域比輪型機器人還要廣,是十分具有潛力的研究項目。
馬達的控制命令是透過機器人身上的工業電腦和控制板來完成的。 控制版我們是採用意法半導體公司推出的STM32,他有比Arduino更快的運算和各樣通訊規範的I/O腳位。 以控制板的運算能力和記憶體空間,可以完成運動控制的任務,但卻很難負擔邏輯決策的工作,故需要外加一個工業電腦。工業電腦我們採用的是艾訊的PICO880,體積很小,運算能力卻非常強。而因為機器人移動過程中會有晃動和傾斜的產生,故必須使用固態硬碟。這台電腦採用msata規格的固態硬碟,剛好符合這樣的需求。
在機器人外部,我們加了三種感測器,以完成不同的邏輯判斷任務。 第一個是網路攝影機,主要功能是進行物件辨識和距離估算。 第二個是九軸加速度計,在移動過程中當機器人開始失去平衡,IMU會感測到有很大的加速度產生,我們就可以透過控制板來改變機器人的動作使他回到平衡的狀態,甚至是快要跌倒的時後,及時踏出一步,避免機器人跌倒。 第三種是壓力感測器,在機器人腳底的四個角落各放置一個,共計八個,我們從這八個感測器的讀值,可以判斷出機器人目前的重心投影在地面的位置是否仍落在兩隻腳投影的安全區域內,讀值異常的時候,可以送出不同的動作命令修正。
人形機器人的步態主要建立於線性倒單擺模型(Linear Inverted Pendulum Model) 先訂出機器人所想要進行的動作(前進、後退、旋轉…) 再透過逆運動學回推每個關節馬達的位置。