仿人机器人学研究新动向夏泽洋（清华大学精密仪器与机械学系北.pdf

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1、仿人机器人学研究新动向 夏泽洋 (清华大学精密仪器与机械学系，北京 1 0 0 0 8 4)第 7 届 I E E E 机 器 人 及 自 动 化 分 会 仿 人 机 器 人国际会议(I E E E -R A S 7 t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c eo n H u m a n o i d R o b o t)，由I E E E -R A S 举办，并由美国卡 内 基-梅 隆 大 学 机 器 人 研 究 所(R I -C M U，T h eR o b o t i c s I n s t i t u t e，C a r n e g

2、i e -M e l l o n U n i v e r s i t y)承办，于 2 0 0 7 年 1 1 月 2 9 日 1 2 月 1 日 在 美 国 匹 兹 堡市 召 开。笔 者 应 邀 参 加 会 议，并在会议上报告了清华 大 学 小 型 仿 人 机 器 人 T H B I P -的 相 关 研 究 情况。1 会议概况 仿 人 机 器 人，又 称 为“人 形机器人”，是具有人的 外 形、运 动 能 力 和 智 能 的 特种机器人。自从第一台 仿 人 机 器 人 W A B O T-1 诞 生 以 来，经 过 了 3 0 多年的发展，目前它已经成为一个融合机械电子、计算机科学、人工智

3、能、传感及驱动技术等多门学科的高难 度 研 究 方 向 也 是 各 类 新 型 控 制理论和工程技术的 研 究 平 台。I E E E 机 器 人 及 自 动 化分会举办的仿人机 器 人 国 际 会 议 是 仿 人 机 器 人 学 领域的国际年会，此 前 分 别 在 美 国、日本、德国和意大利召开过6 届。世 界 著 名 的 仿 人 机 器 人 机 构 如 R I -C M U，H o n d aR e s e a r c h I n s t i t u t e A I S T (N a t i o n a l I n s t i t u t e o fA d v a n c e d I n

4、d u s t r i a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y J a p a n)等 的 相 关 研 究 人 员 通 常 集 体与会。因此会议反 映 了 本 领 域 的 发 展 方 向 和 最 新 动态，已经是仿人机器人学领域公认的最高会议。沟通、集体谈判等。论文最后提出了完善人力资源管理专业建设的一些建议：首先，作为应用性人才的培养要强调“博”，要淡化专业概念，通过不同的课程组合，无论是政府视角的劳动与社会保障、雇主视角的 人 力 资 源 管 理，还 是 雇 员 视 角的劳动关系与劳动法，都应该全面掌握，提倡多学科交叉融合的培养方针。其 次

5、在 教 学 过 程 中 注 重 案 例教学和实际工作能力 培 养 在 该 专 业 大 二 和 大 三 暑假安排到企业实践的环节。通过这些实习，学生可以更生动和真实详尽地 了 解 本 专 业 以 及 所 需 专 业 技 能知识。最后可以借鉴 欧 美 人 力 资 源 专 业 培 养 模 式，将职业资格认证引入 本 科 人 力 资 源 管 理 专 业 人 才 培养模式之中。不妨将 本 科 教 育 的 技 能 教 育 这 一 环 节与全新的国家职业资 格 认 证 中 对 企 业 人 力 资 源 管 理人员的相关认证联系 起 来。正如对于会计专业本科，部分高校已经要求学 生 毕 业 之 前 获 得 相

6、关 会 计 证 书。我 们要求人力资源 管 理 专 业 学 生 在 毕 业 之 前 也 考 取 某 些相关证书，这 样 既 可 以 与 市 场 紧 密 联 系 起 来，又 不耽误本科基础 教 育 的 开 展。学 生 在 毕 业 之 后 既 有 相关专业深厚的 专 业基础，以不变应万变，又有市场急需的技能，可 以 迅 速 胜 任 工 作。总 之 本 次 研 讨 会 达 到 了 预 期 的 目 的，取 得 了 很大 的 成功。尤其值得指出的是，本次研讨会是在中国继 日 本、韩国之后经济获得快速发展，东亚经济已经成 为 世界经济重要板块，而全球化、国际化的发展又给 东 亚 人 力 资 源 管 理 带

7、 来 许 多 难 题 和 严重挑战的背景 下 召开的，因而具有特别重要的标志性意义必将产 生 深 远 的 影 响。第 7 届 仿 人 机 器 人 国 际 会 议 共 录 用 了 来 自 3 0多 个 国 家 和 地 区 的 9 6 篇 论 文，来自世界各地的2 0 0多 位 研 究 人 员参加了这次会议。本次会议主要涉及仿人机器人步行控制、灵巧手及抓取、平衡控制、行为及交互、运动规划、感知及建模六大主题。同时会前有多个小型研讨会，主要涉及仿人型足球机器人、仿人机器人计算智能的实现、仿人机器人主动视觉、仿 人 机 器 人 运动规划等。大会还邀请匹兹堡大学的神经生理学家P r o f D r A

8、S c h w a r t z 作了题为“U s e f u lS i g n a l s f r o m M o o r C o r t e x”的专题报告。与会人员还 集 体 参 观 考 察 了 m C M U 的 最 新 仿 人 机 器 人 研究成果。2 会议内容及动态 P r o f D L A S c h w a r t z 的特邀报告讲述了匹兹堡大 学 系 统 神 经生理学实验室在通过获取和处理动物肢 体 皮 层 信 号来预知动物肢体运动轨迹的研究。通过 该 信 号 控 制 机 器 人 来 完 成 和 动 物 相 同 的 运 动 操作。报告展示了该方法在猴子身上的成功应用，获取的

9、皮 层 信 号 能 够 控 制 机 器 人 完 成 和 猴 子 相 同 的 动作，如抓取食物、挠痒等。该研究作为一种高智能的仿 人 机 器 人 运动规划和控制方法引起与会研究人员的极大关注。本 次 会 议从多方面体现了仿人机器人研究领域的几个新的动向：第 一，关于仿 机器 样机系统的研究。目前仿人机器人最前沿的研究机构，如 R I -C M U、H o n d a、A I S T、K A I S T(K o r e a A d v a n c e d I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y)等，已经不再特别关注

10、基于传统电机 驱 动 的 样 机系统的进一步开发其近年来的研究都 在 现 有 仿 人 机 器 人 样 机 平 台 上进行，如A s i m o、H R P 2、H u b o 等。从大会报告来看，样机系统开发的 关 注 点 已 经 转 向 了 非 传 统 驱 动 方 式 的 机 器 人 系统。很多与会人员也认为：样机系统的进步有待于新型驱动器、传感器等技术的进一步发展。在当前情况下。基 于 传 统驱动方式的机器人系统且前很难超越A s i m o、Q r i o 等 样 机 的 综 合 性 能。对 R I -C M U 的技术 考 察 也 表 明，R I-C M U 更 加 关 注 新 型 仿

11、 人 机 器 人驱 动 器 的 开 发。该研究所由气动人工肌肉驱动的仿人 机 器 人 已 经可以步行及完成四肢协调运动。来自A T R (A d v a n c e d T e l e c o m m a a i c a f i o n s R e s e a r c hI n s t i t u t e I n t e r n a t i o n a l，J a p a n)和U n i v e r s i t y o f T o k y o等 机 构 的 研 究 人 员 也 报 告 了 其 在液压驱动机器人样机方面的最新研究情况。第 二，关 于 仿 人 机 器 人 的 运动规划及控制的研究

12、。仿 人 机 器 人运动规划分为3 个层面：步态规划、全 局 运 动 规 划 和 操 作 规 划。从 前些年的会议和各类文 献 可 以 看 出，各 研 究 机 构 都 着力于解决步态规划及 控 制 这 一 基 础 层 面 的 运 动 规 划及控制问题，从会议 报 告 来 看，目 前 运 动 规 划 的 主要问题在于解决复杂 环 境 下 的 机 器 人 全 局 运 动 规 划问题和机器人基于传 感 系 统 完 成 复 杂 全 身 动 作 及 上肢操作的问题。R I C M U 的 研 究 人 员 展 示 了 复 杂 障 碍 物 环 境 下 足 迹运 动 规 划 的 研 究 和 Q r i o 进

13、 行 物 体分类等复杂动作，来自于A I S T 及C N R S(N a t i o n a l C e n t e r f o r S c i e n t i f i c R e s e a r c h，F r a n c e)的研究人员报告了在厨房 环 境 下 H R P-2 机 器 完 成 复 杂 操 作 的 研 究。会上 还 展 示 了 多 个 A s i m o 给 顾 客 完 成 端 送 饮 料 等 服 务的 视 频，其 中 机 器 人 成 功 相 互 避 让 及 避 让 行 人。第三，关于机器人运动学及动力学仿真的研究。大 会 报 告 中，各 研 究 机 构 均 具 有非常完善

14、的仿真平台，同 时 与 会 人 员 对 于 仿 真 实 验的数据及说服力的认同感非常高，在很多没有样机系统的研究机构，其仿真实验也得到了非常好的认可。笔者认为，随着机器 人 系 统 复 杂 程 度 的 提 高 和 运 动规划环境及运动控制 难 度 的 增 加，脱 离 仿 真 实 验 的研究会显得非常吃力。这应该是国内仿人机器人领域应该重视的问题。从 这 次 会 议 也 可 以 看 出，目前仿人机器人领域研究的最高水平仍然集中在日本、美国、德国及法国等 发 达 国 家。同 时 以 上 国 家 各 研究机构间进行了非常 好 的 合 作，如：R I-C M U 的 仿 人 机 器 人 平 台 A s

15、 i m o及 Q r i o 等 均 由 日 本 H o n d a 及 S o n y 等 机 构 提 供，而法 国 C N R S 的 研 究 都 是 基 于 日 本 A I S T 提 供 的 H R P 2 机 器 人。强 强 联 合 是 这 些 机 构 一 直 能 够 保 持 在国际上领先地位的重要原因。在 会 议 中，笔 者 认 识 了 来 自新加坡国防科技局的专家。从交流中知道，由于该机构近年来投入资金开 展 仿 人 机 器 人 学 的 研 究，为 了更加客观地审批各类 研 究 经 费，该 机 构 都 会 派 出 观察员参加此类会议了 解 相 关 研 究 的 最 新 进 展 和 动 态，以保证研究经费能 够 落 实 到 确 实 具 有 国 际 一 流 水平的研究队伍。这个做法笔者认为值得国内相关机构学习。