仿人机器人研究现状及展望

摘 要：本文较为详细地介绍了国外和国内仿人机器人研究现状。在此基础上，结合仿人机器人的机械结构，智能算法、传动机构和外设电源等方面，提出未来仿人机器人的研究重点和发展方向。

关键词：类人机器人；步态规划；数学分析；能量优化；人工智能

随着科技的进步，人工智能技术在人类生产生活中越来越普及。其中机器人的发展正在掀起一场科技风暴，全世界相关科技工作者均在竭力研发各种类型的机器人。在机器人研究领域，仿人机器人不同于工业机器人。它具有与人类相类似的肢体结构，灵活的移动系统，以及极强的适应能力。目前世界各国发展仿人机器人的主要目的是，协助或者代替人类完成复杂，危险以及环境恶劣的工作。并且，仿人机器人在世界各国的发展差异也比较大，主要包括机器人结构特点，设计功能等方面。本文将对国内外仿人机器人的研究现状进行阐述，并为未来机器人的发展提出展望。

一、 国外仿人机器人研究现状

从20世纪60年代，仿人机器人的研究逐渐受到世界各国科技工作者的关注。在四十多年的研究中，仿人机器人的研究可以说是日新月异，其性能越来越强，功能越来越全面。现如今仿人机器人的研究已经成为各国机器人技术领域的主要研究方向。

仿人机器人的研究开始于1968年，美国通用电气公司研制了一台操作双足机器人，从而掀起了仿人机器人研制的浪潮。1999年，美国麻省理工学院在前人的基础上，研制出仿人机器人COG。该机器人的结构主要由头、胳膊、手掌和躯干组成，它是人工智能和机械自动化的产物。2005年，该学院研制出具有29个自由度的机器人Domo。该机器人采用经典的“被动动力学”理论设计方案，能够极大程度上模拟人类的行走姿态。

1969年，日本学者加藤一郎首次在日本开展仿人机器人的研究，并制作出WAP-1平面自由度机器人。该机器人具有多个自由度，腿部机械关节包括髋、膝和踝三个部分。为了更好地模拟人类行走方式，采用人造橡胶作为机器人的关节肌肉。但实际行走过程中，该机器人稳定性较差。在此基础上，加藤一郎在1971年研制了WAP-3型仿人机器人，该机器人比WAP-1多了3个自由度，并且具有人工听觉和视觉等装置。

从1986年至今，日本本田公司已经研制了P系列1-3型双足机器人。该机器人设计目的是家庭服务。因此该机器人具有一定的人视觉和良好的避障能力，并且还能完成上下楼梯等行走方式。2005年12月，本田公司研制出最新一代智能仿人机器人“ASIMO”。该机器人的服务范围已经不局限于家庭服务，还可以在办公室等复杂环境下工作，主要包括接待、递送和向导等服务，并且具有良好的运行能力。

除了美国和日本具有较为成熟的仿人机器人研究技术。国外其他国家也在这项领域投入大量的人力物力。如英国研制出的WL系列机器人，法国的BIP2000，韩国的KHR和加拿大的HR6等。这些机器人均为仿人双足机器人，但因各国设计机器人的功能差异，其自由度以及肢体结构存在较大的差异。

二、 国内仿人机器人研究现状

我国仿人机器人的发展起始于20世纪80年代，机器人的研制主要集中在高校和相关科研院所，其中研究成果最为突出的主要有哈尔滨工业大学和国防科技大学。

1985年，哈尔滨工业大学开展仿人双足机器人的研究工作，其早期设计的机器人主要侧重于机器人步态规划，研究重点是如何让机器人能够像人类一样稳定的行走。在此基础上，1995年成功研制出HIT-1、HIT-2以及HIT-3型号机器人，其最新型号机器人具有12个自由度，踝关节设计两个正交电机，可同时实现两个自由度。2004年6月，哈尔滨工业大学在以往竞技机器人的基础上，成功研制出用于足球竞技的仿人双足机器人。

2000年，国防科技大学成功研制出具有人类结构特征的“国产”仿人机器人“先行者”，机器人可以像人类一样完成各种行走动作，并且还具有一定的语言功能。2002年12月，我国真正意义上的仿人机器人BHR-1诞生，它具有1.58米身高，76公斤的体重，具有32个关节，行动灵活，并且能够完成各种复杂的动作。

随着我国“863”计划对仿人机器人研究的大力支持，清华大學、上海交通大学和中科院自动化所等单位也在逐渐重视并进行相关研究。

三、 仿人机器人研究展望

随着AI技术的发展，仿人机器人的研究应该在模型和智能算法上与时俱进，针对仿人机器人的功能，对其本体结构进行改进设计，将单一功能的机器人转换为多用途机器人。结合机械力学和动力学的发展，将多学科相融合，创新仿人机器人的传动机构，使机器人的运动更加协调和稳定。为保证机器人的工作时间和待机水平，需要探索适合机器人的外设电源，提升机器人的整体性能。

参考文献：

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作者简介：

李子实，黑龙江省哈尔滨市，哈尔滨市第十三中学高二10班。