Исследователи разработали прототип гуманоидного робота, HRP-5P, предназначенный для автономного выполнения тяжелого труда или работы в опасных условиях.

HRP-5P представляет собой гуманоидного робота весом 182 см и весом 101 кг. Он был построен на основе технологий серии HRP с использованием новых аппаратных технологий. Внутри серии он обладает непревзойденными физическими возможностями. Интеллектуальный робот включает измерение окружающей среды и распознавание объектов, планирование и контроль движения всего тела, описание задач и управление выполнением, а также высоконадежные технологии систематизации. Размещение интеллекта в этом корпусе позволило роботу установить автономную гипсокартонную плиту, что является типичным примером тяжелого труда на строительных площадках. Использование HRP-5P в качестве платформы разработки в сотрудничестве между промышленностью и научными кругами обещает ускорить НИОКР в направлении практического применения роботов-гуманоидов на строительных площадках и при сборке крупных конструкций, таких как самолеты и корабли.

Наклон вперед (вверху) и с разложенными ногами вперед и назад (внизу)

Рисунок 1. Наклон вперед (вверху) и с разложенными ногами вперед и назад (внизу). Фото: передовая промышленная наука и технология

Ожидается, что снижение рождаемости в Японии вызовет серьезную нехватку рабочей силы в строительстве и во многих других отраслях. Крайне важно решить эту проблему с помощью робототехники. Эти технологии также предоставляют убедительную альтернативу тому, чтобы строители на строительных площадках, в самолетах или на верфях выполняли тяжелую работу, которая потенциально опасна. Однако было трудно сделать эти крупномасштабные строительные площадки пригодными для роботов, что препятствовало внедрению роботов. Поскольку человекоподобные роботы физически похожи на людей, они могут работать, не требуя изменений в окружающей среде, возможно, освобождая работников от тяжелого труда.

При разработке серии HRP AIST сотрудничал с несколькими частными компаниями, включая Kawada Industries Inc. (в настоящее время Kawada Robotics Corp.), и разработал базовые технологии для практического применения. HRP-2 был способен ходить двуногими, лежать, вставать, ходить по узким дорожкам и выполнять другие действия. HRP-3 может ходить по скользким поверхностям и затягивать болты на мостах с помощью пульта дистанционного управления. Исследования гуманоидных роботов с реагированием на стихийные бедствия, проводимые в AIST с 2011 года, привели к пересмотренной версии HRP-2 с улучшенными физическими возможностями (такими как длина конечностей, диапазон движений и объемы суставов), которые могут ходить по пересеченной местности, поворачивать клапаны и выполнять другие задачи полуавтономно на основе трехмерного измерения окружающей среды. Тем не менее, его физические возможности были все еще недостаточны для тяжелого труда, такого как установка гипсокартона, и ему не хватало достаточной степени свободы и достаточного диапазона подвижных суставов, чтобы имитировать движение человека в сложных условиях. С этой целью AIST продолжил разработку гуманоидного робота, HRP-5P, с физическими возможностями, позволяющими заменить людей, выполняющих тяжелую работу.

Кроме того, HRP-5P наследует технологии серии HRP и использует запатентованную технологию Honda Motor Co., Ltd.

Карта окрестностей (вверху) и план ходьбы (внизу).

Рисунок 2. Карта окрестностей (вверху) и план ходьбы (внизу).

Часть разработки HRP-5P была поддержана НИОКР по заказу Организации по разработке новых энергетических и промышленных технологий (NEDO), «Исследования и разработки в области высоконадежных гуманоидных робототехнических систем, которые могут работать в неструктурированных средах» в «автономных гуманоидных роботах (инновационный элемент»). «Область робототехники») »« Исследования и разработки в области базовых технологий роботов следующего поколения »и гранта на научные исследования от Японского общества содействия развитию науки« Ориентация на планирование движения всего тела на основе приобретения модели среды, которая позволяет гуманоидные роботы для адаптации к неизвестным средам »(исследовательский проект № JP17H07391).

Прототип гуманоидного робота HRP-5P был разработан с прочным корпусом и продвинутым интеллектом для автономной работы и обеспечения альтернативного источника тяжелого труда.

  • При росте 182 см и весе 101 кг, HRP-5P имеет тело с 37 степенями свободы: два на шее, три на талии, восемь на руках, шесть на ногах и два в его руки. За исключением рук, это представляет наибольшую свободу движения в серии HRP на сегодняшний день. По сравнению с пересмотренной версией HRP-2, добавление одной степени свободы к талии и одной к основанию рук позволило выполнять операции, более похожие на движения человека. Соответственно, используя обе руки, HRP-5P может обрабатывать крупные объекты, такие как гипсокартон (1820 × 910 × 10 мм, около 11 кг) или фанерные панели (1800 × 900 × 12 мм, около 13 кг).
  • Чтобы подражать движению человека роботом без стольких степеней свободы, как у людей, исследователи обеспечили более широкий диапазон подвижных суставов в области бедра и талии, где сосредоточены многочисленные суставы. Например, тазобедренные суставы, которые сгибают и разгибают ноги, имеют диапазон движения 140 ° у людей и 202 ° у HRP-5P (рис. 1), а талиевые суставы, которые поворачивают верхнюю часть тела, имеют диапазон движения 80 °. у человека и 300 ° в HRP-5P. Это позволяет роботу работать в различных положениях, например, при глубоком наклоне верхней части тела.
  • Крутящий момент и скорость соединения были примерно в два раза выше, чем в пересмотренной версии HRP-2, благодаря использованию двигателей с высокой выходной мощностью, добавлению охлаждения в приводной механизм и применению системы привода шарнира с определенными соединениями с несколькими двигателями. В результате робот может выполнять работу, связанную с тяжелыми грузами, например поднимать гипсокартон со штабеля. (Каждая рука HRP-5P, вытянутая горизонтально, может выдержать вес 2,9 кг по сравнению с 1,3 кг для пересмотренной версии HRP-2 и 0,9 кг для HRP-4.)
  • Используя установленные на голове датчики, робот постоянно получает трехмерные измерения окружающей среды (с частотой 0,3 Гц). Даже если поле зрения заблокировано объектами, используемыми в работе, сохраненные и обновленные результаты измерений позволяют выполнить план ходьбы при переноске панели или коррекцию ходьбы, когда ноги скользят. (Рис. 2).
  • Обучение включает в себя сверточную нейронную сеть с использованием недавно созданной базы данных изображений рабочих объектов. Робот может обнаруживать десять типов областей двумерных объектов с высокой точностью 90% и более даже на фоне с низкой контрастностью или при слабом освещении (рис. 3).
  • Можно было создать высоконадежную роботизированную систему и поддерживать качество крупномасштабного программного обеспечения (с приблизительно 250 000 строк кода), организовав виртуальную среду тестирования для интеллекта робота в симуляторе робота Choreonoid и отслеживая регрессию программного обеспечения в течение 24 часов.

Пример обнаружения объекта.

Рисунок 3. Пример обнаружения объекта.

Интеграция этих технологий позволила установить автономную гипсокартонную плиту, в которой HRP-5P самостоятельно обрабатывает и переносит крупные тяжелые предметы на моделируемом жилом строительном участке.

В частности, эта работа включает в себя следующую серию операций.

  • Создайте трехмерную карту окружающей среды, обнаружите объекты и подойдите к рабочему столу.
  • Прислонитесь к рабочему столу, сдвиньте одну из сложенных гипсокартонных плит, чтобы отделить ее, а затем поднимите.
  • Признавая окружающую среду, несите гипсокартон к стене.
  • Опустите гипсокартон и прислоните его к стене.
  • Используя высокоточные маркеры AR, распознайте и подберите инструмент.
  • Удерживая полосу обрешетки, чтобы HRP-5P оставался неподвижным, прикрутите гипсокартон к стене.

Фото: передовая промышленная наука и технология

На этой платформе будут проводиться исследования и разработки в области разведки роботов, нацеленные на альтернативный источник автономного ручного труда в жилых или офисных зданиях, а также при сборке крупных конструкций, таких как самолеты и корабли. Это компенсирует нехватку рабочей силы, освобождает людей от тяжелого труда и помогает им сосредоточиться на работе с более высокой добавленной стоимостью.

Установка автономной гипсокартонной плиты HRP-5P.

Рисунок 4. Установка автономной гипсокартонной плиты HRP-5P.

По материалам phys.org