全部答案

2005-05-06 20:28:46

•   让中国机器人跻身世界先进行列
  ———我国第一台类人型机器人诞生记
  　　●1989年12月31日，国家“863”计划和自然科学基金支持下的中国第一台平面型两足步行机器人，在国防科技大学“机器人实验室”迈出了第一步； 
  　　●1990年年底，中国第二代空间运动型两足步行机器人，也是我国第一台较为完整的两足步行机器人，在国防科技大学研制成功并通过部委级技术鉴定； 
  　　●2000年11月29日，具有人一样的身躯、脖子、头部、眼睛、双臂与双足的中国第三代两足步行机器人———类人型机器人，在国防科技大学通过国家“86 3”专家组验收。
     
  　　在美丽的湘江岸边，坐落着一所我军科学与工程技术最高学府———国防科学技术大学。最近，记者有幸走进国防科技大学机器人实验室，走进中国两足步行机器人“军团”。一进门，简直是走进了机器人王国，只见机器人足球赛在激烈进行；昆虫机器人列阵以待；三指机器人手指一会儿轻柔地拿起了桌上的鸡蛋、一会儿又放下鸡蛋拿起了桌上的钢球；双手协调系统一手拿着一个工件，准确地插进了台面上的孔中……最吸引人的是迎面站着的那台名叫“先行者”的类人型机器人，它身高1．4米，体重20公斤，全身的金属构件在灯光下闪着亮丽的光彩。
    走近它，它亲切地向我们打着招呼：“你好，我是国防科技大学研制的第一台类人型机器人，我的名字叫先行者，希望您能喜欢我，爱护我，我要快快长大。”望着它，我们激动的心情久久不能平静，它是国防科技大学科研人员13年来艰苦攻关的结晶，是中国类人型机器人跻身世界先进行列的宣言。
     
  　　中国教授走近机器人 
  　　18世纪，瑞士发明家丁宝若伯特用发条制造了一个机器人，然而，它只走了一步就倒下了。他伤感地说，谁能解决机械人的腿，它就是最伟大的制造家。 
  　　1985年，国防科技大学常教授参加了在日本筑波举办的世界博览会，看到了美国研制的世界第一台两足步行机器人和日本研制的两足步行机器人。
    这两台机器人分别获得美国里根总统奖和日本公民最高奖。看着粗糙且显得笨拙的机器人，常教授心想，以现在中国的科技水平和制造工艺，应该也能造出这样的机器人。从看到机器人的那一刻起，常教授就暗下决心要造出中国的机器人，在机器人发展史上写上中国一笔。 
  　　筑波博览会结束了，常教授无心欣赏富士山那美丽的风光……波音747上，常教授更无心观赏大海的碧蓝和白云的柔美，他脑子里只闪着一个念头：中国人的两足步行机器人，什么时候能够站起来？回到长沙，连家都没顾上回，就冲进了我国自动化专家张良起教授的家，老教授望着风尘仆仆归来的他，又埋怨又心疼地说：“什么事这么急，还没吃饭吧？”常教授点点头。
    张教授拉着常教授来到了饭桌旁，端上了热腾腾的饭菜，常教授再也憋不住了。他把在筑波博览会上的所见所闻及自己的想法全端了出来。热腾腾的饭菜凉了，可他们的血沸腾了。张教授扶案站了起来：“美国人有，日本人有，中国人也必须有！” 
  　　从这一天起，研制中国两足步行机器人的历程开始了。
     
  　　从两条腿做起 
  　　伟大的发明家爱迪生曾说过：“上帝创造人类，两条腿是最美妙的杰作。” 
  　　机器人研究是自动化领域最复杂、最具挑战性的课题，它集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术等多门学科于一体，是高科技前沿课题，也一直是发达国家重点研究开发的技术之一。
    要攻克两足机器人，首先要解决两条腿的问题，因为两条腿不但要支撑全身的重量，而且还要保证身体的平衡。一个多世纪以来，全世界的机械专家们把攻克“两条腿”作为机械和自动化领域的最高目标。 
  　　当世界发展到今天，CAD设计已风靡全球。然而，当时我们的教授们，手上只有铅笔和尺子。
    于是，一张白纸、一把尺子、一支铅笔，加上一个梦想，中国机器人计划开始付诸实施。不知熬过了多少个通宵，经过反复讨论、设计，我国第一个两足步行机器人的图纸被绘制出来了。接着要做的事就是把它变成现实。常教授挟着图纸，来到了车间，与工人师傅们围在火炉前，谈起了筑波博览会，谈起了机器人。
    师傅们被常教授一个个故事感动了，一位师傅拉着他的手，激动地说：常教授，你说怎么干，咱就怎么干！就这样，校办工厂简陋的车间，成为中国两足步行机器人的产房。工厂里，支架、传动轮等各种零配件在紧张地加工；实验室里，控制程序在加班加点地编写着。中国的教授们，夜以继日地攻关，以最快的速度完成了各项工作。
    两足步行机器人要站起来，各关节必须高度的灵活和可控，对电机的要求十分苛刻。为了让大腿、小腿、脚面协调动作，他们采取了皮带传动的方式解决这一技术难题。科研人员历经长时间设计的程序，输入两足步行机器人后，它却没有像人们预想的那样辉煌，扭了扭腿就要跌倒。
    第一次试验以失败告终。望着这两根铁疙瘩，有人说：快过元旦了，大家辛苦了，明年再说吧。博士生小竺看在眼里，急在心里，他轻轻地说了一句，我再来试试看。就是从这天起，新婚的娇妻成了小竺的保姆，一日三餐送到实验室，晚上陪伴他到深夜。整整7天，面对几万行的程序命令，他逐字逐句地清理、校正、调试，终于修改好了程序命令。
     
  　　1987年12月31日，历史将不会忘记这个日子，中国的平面运动型6关节两足步行机器人，在中国大地上，走出了颤颤巍巍的第一步。从此，中国的机器人研究，走进了一个全新的时代。国防科技大学的机器人研究也迈上了一个新台阶。 
  　　让机器人走得更好 
  　　平面运动型6关节两足步行机器人研制成功了，但它仅仅能前进、后退，不能转弯，没有侧向平衡功能，所实现的功能还很有限，要使机器人灵活一些，还需要攻克许多难关。
    于是，为了让机器人走得更好，又一场战役打响了。从此，更艰难的攻关开始了。国防科技大学机器人实验室开始了全方位的机器人研究探索。从国外留学归来的博士王教授，把目光盯在了神经网络等一系列高难度课题上。艰苦攻关，潜心研究，终于完成了我国第一套机器人神经网络系统。
     
  　　为了提高机器人的环境适应能力，专家们运用约束控制力矩合理分配及部分关节优先准则等概念，实现了机器人上下斜坡和跨越障碍步行运动；为了提高机器人的稳定性，把有6个关节、使用电机和皮带传动，改成为具有12个关节的全电机控制。经过艰苦的努力，于1990年年底，研制成功中国第二代空间运动型两足步行机器人，也是我国第一台较为完整的两足步行机器人，实现了机器人前进、后退、左右侧行、左右转弯、上下台阶等基本步行功能，基本可以模拟人下肢的动作。
     
  　　第二代机器人的研制成功，使我国大大缩小了在这一领域与世界先进水平的差距。但要争取更大的跨越，就有待于理论上的突破。于是，从1991年开始，国防科技大学的机器人研究转向理论上的探索。在国家“863”计划和自然科学基金支持下，对机器人步态规划、各种控制技术、动态步行、环境适应能力等关键技术进行了攻关。
     
  　　针对高速动态步行控制问题，提出了倒摆式模型与约束控制相结合的步态综合设计与控制方法，定义了步态稳定性的概念，在步态设计与运动控制研究中，分析了支撑腿踝关节负载力矩对系统整体动态平衡的影响，提出了减小踝关节负载力矩的步态设计与运动控制方法。
    首次实现了两足步行机器人稳定的动态步行，步行周期为0．8－1．0秒，步长为20－22厘米。 
  　　针对两足步行运动的实时控制，提出了全新的实时时位控制方案。通过分析人类步行运动控制的特点，将两足动态步行控制问题分解为相互联系的姿态控制和步态控制问题，引入姿态稳定性与步态稳定性概念，从稳定性分析出发，详细讨论了姿态控制器与步态控制器的设计方法。
    用姿态控制实现了各关节运动的协调控制，用步态控制模拟步态调整过程，通过支撑腿的切换控制，实现了具有稳定极限环的周期性步态控制。探讨了神经网络自适应学习系统在两足动态步行运动实时控制中的应用。 
  　　经过5年多的理论攻关，科研人员对两足步行机器人机构设计、运动控制及相关的技术有了较为深入的了解，积累了一定的实践经验和相关的理论与技术知识，收集了大量的资料；对两足机器人的机构设计、控制系统设计、动态平衡控制、步态规划、环境信息检测、实时运动控制等关键技术研究取得了突破。
    形成了一套较为完善的理论分析、实验设计和实验研究方法，具备了基本的研究环境和充实的技术基础。 
  　　1996年10月，得到完善的第二代机器人在国防科技大学通过国家“863”专家组验收。 
  　　向类人型机器人进军 
  　　罗曼罗兰曾说过：让机器赋予智慧，让智慧再造一个生命，这是一个美丽的梦。
     
  　　在获得了理论上的突破后，从1997年开始，国防科技大学又把机器人研究定在了一个更高的目标上———研制类人型机器人。近年来，机器人实验室先后完成了双手协调系统、机器人昆虫、足球机器人、机器人手指系统，多次填补国内空白，使我国机器人技术跻身世界先进行列。
     
  　　10年磨一剑，马博士考上研究生走进实验室的第一天，常教授就对他说，你的目标就是要与发达国家去比一比，赛一赛。是啊，这是一场以青春作本钱，以智慧为武器的较量。10年来，马博士没有顾小家，却为了国家和民族的荣誉，倾注了全部的心血和智慧。
    从两足步行机器人到类人型机器人，在技术上是一个进步，类人型机器人更是一个多学科多技术交叉的高技术课题。然而，他没有畏惧。 
  　　机器人的两条腿站起来了，能走了，可要让它扭动身躯，走得更灵活，需要进行一系列技术攻关。为了算一个人体垂直点，马博士到医院向医生请教，到工厂向工人师傅请教……每一个程序，每一个指令，他都精心设计，他以坚韧的毅力，经受了一次次失败，迎来了一次次成功。
     
  　　为了增强机器人步行运动控制的环境适应能力，就要解决地面环境的信息采集与轮廓重构，为此，他们研制成功了具有一定感知能力的新型脚掌，脚底设计了压力传感器，并对压力信息的有效利用及准实时步行控制问题进行了研究，提出了准实时步行运动控制算法，从而实现了小偏差未知地面环境中的低速稳定步行。
     
  　　1998年—1999年，机器人实验室又重点对机器人控制器和下肢承载能力等关键技术进行了攻关，成功地完成了原有步行机系统和控制器的技术改造，为机器人增加了上体和手臂，提高了控制系统的可靠性和机器人系统的演示度。研制的样机实验演示系统，经历了国内外多种场合的技术演示，受到了党和国家领导的高度评价。
    特别是在1997年，参加了在香港举办的庆回归“科技创明天展览”，参加了在北京举办的“建军70周年成就展”，还参加了“辉煌的五年成就展”； 1999年研制成功的具有上体的两足步行机器人，又分别参加了在北京举办的“建国50周年成就展”和在深圳举办的“中国首届高科技成果交易会”，从而在推动技术进步，显示高科技研究成果等方面起到了积极的作用。
     
  　　2000年11月29日，具有人一样的身躯、脖子、头部、眼睛、双臂与双足，有 17个关节的中国第三代两足步行机器人———类人型机器人，在国防科技大学通过国家“863”专家组验收。 
  　　类人型步行机器人，具备了人类的基本外形特征。它由机器人下肢、躯体、手臂和头部以及相应的分布式机器人控制系统组成，共具有17个自由度关节，每条手臂各有一个前向肩关节和肘关节，其中，肩关节通过同步齿形带同时驱动肘关节运动；颈部有一个转动自由度。
    机器人可以实现原地扭动、平地前进、后退、左右侧行和左右转弯等动作，手臂可以前后摆动，与下肢动作协调配合，同时头部可以左右转动；机器人眼睛可以演示各种眨眼动作。在10多年的研制过程中，实现了从只能平地静态步行到动态步行；从在已知环境步行到可在小偏差、不确定环境行走等多项关键技术的突破。
     
  　　 
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  天***

  2005-05-06 20:28:46

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