17. АНТРОПОМОРФНАЯ РОБОТОТЕХНИКА

АНТРОПОМОРФНАЯ РОБОТОТЕХНИКА

• Антропоморфная робототехника – это перспективное направление исследований, изучающее методы построения человекоподобных роботов и их управления.
• Антропоморфные (человекоподобные) роботы наиболее универсальны, т.к. могут заменить человека и работать различными инструментами: слесарными, строительными, хирургическими и т.д. Такой робот может выполнять задачи по разминированию местности, оказанию медицинской помощи, поиску предметов и т.д.

История развития антропоморфной робототехники

• Создание первого андроида приписывается Альберту Кельнскому.
• Значительную роль в популяризации термина сыграл французский писатель Филипп Огюст Матиас Вилье де Лиль-Адам, использовав его в своём романе «Будущая Ева» (фр. L'Ève future) для обозначения человекоподобного робота, описывая искусственную женщину Адали (Hadaly). Созданная Томасом Эдисоном Адали разговаривала с помощью фонографа, выдающего одну за другой классические цитаты.
• Одним из первых человекообразных стал George американского изобретателя Тони Сейла (1949).

George

(1949 )

Вырезка из газеты 1949 года, на которой изображен Джордж, это его более ранняя версия, здесь он похож на железного человека из Волшебника из страны Оз.

George

(1950)

Газетная вырезка, на которой Джордж изображен вместе со своим изобретением. Робот впервые был представлен общественности в 1950 году. В статье говорится, о том, что изобретатель потратил на него всего 15 долларов.

George

(2010)

• питается от двух батарей мотоцикла, может ходить, поворачивать голову, двигать рукой и садится.
• оборудован глазами, с помощью которых может обнаружить в комнате горящий свет.
• может двигаться на дистанционном управлении, шаркая ногами.

История развития антропоморфной робототехники(2)

• Формирование антропоморфной робототехники напрямую коррелирует с началом развития активных экзоскелетов: первый шагающий экзоскелет был создан в 1969 г. под руководством югославского исследователя и ученого, специалиста в области биомеханики и робототехники, Миомира Вукобратовича в институте им. Михаила Пупина в Белграде.

История развития антропоморфной робототехники(3)

• Используя понятие точки нулевого момента (ТНМ или Zero moment point (ZMP) на английском языке), ученые исследовательской лаборатории Икира Като в 1984 г. разработали 3D-модель двуногого шагающего робота (ДШР) и проверили свойства его силовых приводов. Профессор Като и его коллеги-ученые стали первыми, кто в 1986 г. реализовал динамическую походку ДШР с уравновешиванием туловища в роботе WL-12.

История развития антропоморфной робототехники(4)

• На основании того же метода «Точки нулевого момента», ученые из Исследовательского центра Вако, Honda R&D Co. Ltd. (Wako Research Center), в 1986 представили антропоморфного робота HONDA, который прошел долгий путь от роботов линейки Е, от модели Е0 до модели Е6 в 1986-1993, и линейки P, от модели P1 до модели P4 в 1993-2000, и, наконец, до современной линейки ASIMO.

Антропоморфный робот Хонда. Слева направо: модели Е0, Е6, P1, P4, ASIMO 2014

КЛАССИФИКАЦИЯ РОБОТОВ

ПО-КОНСТРУКЦИИ И ВНЕШНЕМУ ВИДУ

По внешнему интерфейсу:

• Антропоморфные роботы (похожие на человека)

Антропоморфные, то есть внешне схожие с человеком роботы принято подразделять на:

• андроидов (антропоморфных роботов с высокой степенью внешнего сходства с человеком) Отличаются высоким внешним сходством с человеком. Как правило, могут поддерживать несложные разговоры.
• гуманоидов (внешне обладающих человекоподобием).

Как правило, такие роботы имеют аналогичные пропорции, имеют "голову", возможно руки, реже и ноги. Робот не обязательно является "ходящим", он может быть стационарным или мобильным, например колесным или гусеничным. Но "человеческие черты" должны читаться, у такого робота камеры обычно устанавливаются на голове.

Зооморфные роботы (похожие на животных)

КЛАССИФИКАЦИЯ РОБОТОВ ПО-КОНСТРУКЦИИ

• Аватары (это роботы телеприсутствия, обладающие возможностью не только получать информацию посредством различных сенсоров, но и двигаться по желанию оператора, а также использовать манипуляторы и другие устройства, которыми может оснащаться аватар.)

• Бионика и роботы (Роботы, созданные на основе идей, подсмотренных в природе, либо внешне напоминающие живые существа (зооморфные роботы)

• Квадрупеды (роботы, способные перемещаться с помощью в основном 4-х конечностей)

• Модульные роботы (Модульные роботы - одна из самых сложных областей робототехники. Каждый вновь добавленный элемент изменяет форму и возможности конечного устройства, например, добавляет функционал или позволяет роботу перемещаться в новых плоскостях. На сегодняшний день большинство таких устройств остаются в исследовательских лабораториях.)

• Облачные роботы (роботы, ИИ которых расположен в облаке)

• Ходящие роботы (роботы, способные перемещаться ходьбой)

• Экзоскелеты (включая робокостюмы)

ЗАДАЧИ ПЕРЕД СОЗДАТЕЛЯМИ АНТРОПОМОРФНЫХ РОБОТОВ

• это сфера, где востребованы самые прорывные решения сразу нескольких научных областей, от перспективной энергетики и новых материалов до машинного обучения.
• направление является наукоемким, в следствие высокой сложности как конструкций роботов, так и систем управления этими конструкциями. Разработчикам роботов критически важно постоянно находиться на переднем крае последних научных достижений в самых разных сферах.
• немаловажным является безопасность работы антропоморфных роботов, поскольку их использование подразумевает взаимодействие робота и человека, также следует учесть, что в отличие от манипуляторов, антропоморфные роботы работают в среде изначально предназначенной для человека.

ВЫВОДЫ

• Большинство существующих антропоморфных роботов подобны человеку только частично, и это подобие является, в основном, структурным, что означает сходность состава и взаимосвязей основных функциональных подсистем: двигательной, сенсорной, управления, энергообеспечения, терморегулирования. Максимальное геометрическое подобие робота человеку получило широкое распространение лишь в демонстрационных роботах для рекламы и развлечений. Во многих случаях разработчики и вовсе отказываются от принципа антропоморфности либо в пользу подобия другим видам живых существ, либо в пользу специальных технических решений, наиболее эффективных в каждом конкретном случае (таких как колесный движитель).Тем не менее, создание антропоморфных роботов является одним из перспективных направлений робототехники, двигателем развития науки и появления новых технологий. Это определяет важностьпродолжения работ в данном направлении.

СОВРЕМЕННЫЕ ЧЕЛОВЕКОПОДОБНЫЕ РОБОТЫ

АКТОРОИД

Гиноид «Актороид», продемонстрированный Осакским университетом совместно с корпорацией Kokoro на выставке Экспо-2005 (Япония)

AIKO

Aiko — гиноид с имитацией человеческих чувств: осязание, слух, речь, зрение.

TOPIO

TOPIO — андроид, разработанный для игры в настольный теннис против человека.

ASIMO

• андроид, созданный корпорацией Хонда, в Центре Фундаментальных Технических Исследований Вако (Япония).
• мощный робот, в котором применяются самые продвинутые технологии.
• умеет двигаться и бегать, как человек, взаимодействовать с людьми и выполнять простые задачи, например держать поднос и подавать еду.
• был разработан еще в 2000 году, а в 2005-м получил значительное обновление. Сейчас модели этого робота (1,2 метра ростом и весом около 55 килограммов) используются по всему миру и "породили" целую череду подобных машин.

EINSTEIN ROBOT

Einstein Robot — голова робота с внешностью Эйнштейна. Модель для тестирования и воспроизведения роботом человеческих эмоций.

EVER-1

EveR-1 — робот, похожий на 20-летнюю кореянку: её рост 1,6 метра, а вес — около 50 килограммов. Ожидается, что андроиды вроде EveR смогут служить гидами, выдавая информацию в универмагах и музеях, а также развлекать детишек.

HRP-4C

HRP-4C — робот-девушка, предназначенная для демонстрации одежды. Рост робота составляет 158 см, а вес вместе с батареями — 43 кг. Что касается степеней свободы, их 42, к примеру, в области бёдер и шеи их по три, а в лице — восемь, они дают возможность выражать эмоции.

REPLIEE R-1

Repliee R-1 — человекоподобный робот с внешностью японской пятилетней девочки, предназначенная для ухода за пожилыми и недееспособными людьми.

Repliee

Японские ученые cоздали робота, очень похожего на девушку, под названием Repliee. Он сделан из гибкой силиконовой кожи, и из прочного пластика, а также различных датчиков и моторов, которые позволяют ему общаться с людьми. Она может двигать руками, мигать, как человек и имитировать дыхательные движения, реагирует на прикосновения. Распознает и ищет предметы. Силиконовое покрытие имитирует человеческую кожу. Создатель: Osaka Intelligent Robotics Laboratory. Рост 160 см, вес 88 кг.

ROMEO

• создан на основе другого человекоподобного робота, NAO, для ухода за пожилыми и больными людьми, а также в качестве личного помощника.
• может ходить, воспринимать окружающий мир в трех измерениях, слышать и говорить. При высоте в 1,4 метра Romeo весит всего около 40 килограммов. Чтобы максимально уменьшить его вес, разработчики изготовили его "тело" из углеродного волокна и резины.
• дизайн робота был выполнен с учетом того, чтобы человек, за которым ухаживает Romeo, не мог пораниться. Тестирование Romeo в реальных условиях запланировано на следующий год. Применять его в домах престарелых можно будет уже в 2017-м. Частично эта разработка финансируется правительством Франции и Еврокомиссией; общий бюджет проекта на 2009–2016 годы составляет 37 миллионов евро.

Ибн Сина

Ибн Сина — андроид, названный в честь древнего персидского философа и врача Ибн Сины. Один из самых продвинутых современных (2010 год) андроидов. Говорит на арабском языке. Способен самостоятельно найти своё место в самолёте, общаться с людьми. Распознаёт выражение лица говорящего и прибегает к соответствующей ситуации мимике. Его губы двигаются довольно монотонно, однако отмечается, что особенно хорошо у него получается поднимать брови и прищуривать глаза.

Фрэнк

Фрэнк (Франкенштейн) — первый биоробот с бьющимся сердцем, созданный в 2011 году Бертольтом Мейером из Цюрихского университета

PETMAN

Petman – антропоморфный робот, разработанный специально для тестирования противохимической защитной одежды. Рост 175 см, вес 80 кг. Чтобы максимально точно симулировать действия и реакции человека, Petman должен двигаться максимально естественно: ходить, наклоняться, выполнять разнообразные упражнения. Более того, Petman воспроизводит и физиологию человека в защитном костюме: робот может регулировать температуру "тела", влажность, даже потоотделение.

ATLAS

Двуногий робот Атлас был разработан инженерной компанией Boston Dynamics в рамках конкурса, объявленного DARPA – агентством Министерства обороны США. Он способен передвигаться по пересеченной местности, а также карабкаться по вертикальным поверхностям с помощью рук и ног. Первая версия, выпущенная в 2013 году, была оснащена кабелем, через который подавалось питание и осуществлялся контроль за роботом. Новый Атлас, получивший имя Atlas Unplugged (беспроводной Atlas), работает на аккумуляторе и использует беспроводное управление. Он немного выше и тяжелее предшественника – 1,88 метра и 156,4 килограмма.

iCub

Название этого робота, созданного консорциумом семи европейских университетов, расшифровывается как Cognitive Universal Body – универсальное познающее тело. iCub был разработан, чтобы проверить теорию воплощенного познания на роботах. Она говорит о том, что разум развивается во взаимодействии с физическим телом, которое осуществляет связь с окружающей средой. iCub был разработан так, чтобы как можно более точно воспроизвести систему восприятия человека. Это позволяет ему познавать мир точно так же, как маленькому ребенку, который получает когнитивные навыки, изучая свое окружение. iCub высотой 1 м.

POPPY

Poppy – первый робот в своем роде: он был напечатан на 3D-принтере, что помогло его разработчикам сократить стоимость производства на треть. Poppy получил шарнирный позвоночник с 5 моторами, что удивительно для роботов таких размеров. Такая система не только позволяет роботу двигаться более естественно, но и помогает ему удерживать равновесие, меняя позу. Дополнительная гибкость также дает возможность удобнее взаимодействовать с роботом, например вести его за руку. Инновационный 3D-печатный робот будет помогать людям в учебных классах и исследовательских лабораториях.

HUBO

Этот робот (ростом 125 см, весом 45 кг) умеет запоминать и узнавать лица. Может повторять за человеком движения. Хорошие навыки взаимодействия со сложными предметами: способен ездить на двухколесном скутере Segway, пробираться через завалы камней. Обладает повышенной устойчивостью. Создатель: Korea Advanced Institute of Science and Technology

NAO

NAO 58-сантиметровый человекоподобный робот был создан в качестве компаньона и помощника людям. С 2008 года было выпущено несколько его версий, самая известная из которых, Academics Edition, разработана специально для университетов и лабораторий, где ее используют в образовательных и исследовательских целях. В 2015 году свыше 5 тысяч моделей NAO применяются более чем в 50 странах мира. Средняя цена €10 000, в России — 700 000 рублей. Создатель: Aldebaran Robotics.

AR-600

Единственная из многих российских разработок, дошедшая до стадии производства и продажи готовых роботов. Задача андроидных роботов этого класса — замена человека на вредных для здоровья и опасных для жизни производствах. Разработка обошлась в 300 млн рублей. Умеет ходить со скоростью до 3 км/ч, подниматься и спускаться по лестнице. Один из способов управления – с помощью экзоскелета, который надевает на себя оператор: робот копирует его движения. Умеет оперировать мелкими предметами разной формы. Создатель: ЗАО «Андроидные роботы». Рост 150 см, вес 60 кг.

ROBOTHESPIAN

RoboThespian – антропоморфный робот в натуральную величину, созданный для общения с людьми в общественных местах. Он полностью интерактивен, знает несколько языков и максимально ориентирован на пользователя. RoboThespian разрабатывался более 6 лет, и нынешняя его модель – уже третье поколение робота. Платформа была протестирована в различных научных центрах и исследовательских институтах в нескольких странах. RoboThespian с легкостью способен сыграть практически любую роль, спеть любую песню, рассказать интересную историю или даже исполнить какой-нибудь танец.К стандартному набору предложений в RoboThespian можно добавить собственный контент, а также закачать звуки и видео. Вес робота составляет 33 кг, рост - около 165 см.

ROBONAUT

Разработка Robonaut началась еще в 1997 году, однако первая серия роботов, выпущенная в начале 2000-х так и не полетела в космос. В 2006 году проектом заинтересовалась компания General Motors. В феврале 2010 был продемонстрирован первый экземпляр R2. 24 февраля 2011 года Robonaut был доставлен на МКС, где он и по сей день помогает космонавтам проводить эксперименты. В ближайшем будущем его модифицируют, приспособив к работе в открытом космосе. В 2009 году был объявлен «Проект М», подразумевающий высадку Robonaut на Луну, однако вскоре он был отложен на неопределенный срок.

ECCEROBOT

ECCEROBOT, созданный в 2011 году, максимально похож на человека в плане анатомии: он имеет около сотни искусственных мышц, отвечающих за его движения. Особенно развита у машины мимика лица. Робот способен реагировать на внешнее окружение благодаря камерам, многочисленным датчикам и акселерометрам.

источники информации

1. Шеломенцев Е.Е., Дусеев В.Р. Сравнительный анализ различных способов управления роботом андроидного типа // «Современные техника и технологии»: Труды XVIII Международной научно- практической конференция студентов и молодых учёных. – Томск, 2012.– С. 439-440.

2.Александрова Т. В. , Шеломенцев Е. Е. Разработка обучающей системы с элементами нечеткой логики [Электронный ресурс] // Искусственный интеллект: философия, методология, инновации: сборник трудов VIII Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Часть 1. Секции 1-5, Москва, 20-22 Ноября 2014. - Москва: МГТУ МИРЭА, 2014 - C. 47-52. - Режим доступа: http://www.scmaiconf.ru/public_files/2014/sbornik_1.pdf

3.Шеломенцев Е. Е. , Александрова Т. В. Интеллектуальная система для обучения робототехнике в формате e-learning [Электронный ресурс] // Искусственный интеллект: философия, методология, инновации:сборник трудов VIII Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Часть 2. Секции 6-8, Москва, 20-22 Ноября 2014. -Москва: МГТУ МИРЭА, 2014 - C. 67-72. - Режим доступа: http://www.scmaiconf.ru/public_files/2014/sbornik_2.pdf

4.Shelomentsev E. E. , Aleksandrova T. V. Design of the filter to statically stabilize positions of the anthropomorphous robot using ZMP Method // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2014 - Vol. 66 - №. 1, Article namber 012027. - p. 1-4 5.Shelomentsev E. E. , Aleksandrova T. V. Design of the teleoperation algorithm to control the humanoid robot [Electronic resorces] // Мехатроника: устройства и управление: сборник трудов IV Российско- корейского научно-технического семинара, Tomsk, January 28-29, 2015.

- Томск: Изд-во ТПУ, 2015 - p. 9-11. - Mode of access: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2015/C102/C102.pdf

6.Шеломенцев Е. Е. , Александрова Т. В. , Курганов С. М. Система активного управления податливостью антропоморфного робота // Перспективные системы и задачи управления: материалы Одиннадцатой Всероссийской научно-практической конференции и Седьмой молодежной школы-семинара "Управление и обработка информации в

технических системах", Ростов-на-Дону, 4-8 Апреля 2016. - Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2016 - Т. 2 - C. 121-125

7.DSP Controlled Drives with Embedded Permanent Magnet Synchronous Motors for Biped Walking Robot. D.D.Mordovchenko, A.V.Iakovlev, A.G.Mikerov, A.N.Doroshenko, V.V.Djankhotov. Proceedings of St.Petersburg IEEE Chapters, 2003, pp 78-81. SPb ETU “LETI” Publishing House.

8.Станкевич Л.А., Тихомиров В.В. Управление устойчивой походкой антропоморфного робота. Труды XIV НТК «Экстремальная робототехника». – СПб.: СПбГТУ, 2003.

9.Д.Д. Мордовченко, Л.А. Станкевич, А.В. Яковлев. Опыт разработки антропоморфных роботов и программ-агентов по футболу роботов на фирме «Новая ЭРА», Санкт-Петербург. Тезисы доклада на семинаре «Робототехника и мехатроника». – М.: изд-во «Новые технологии», 2004.