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与机器人共舞
 
文章来源:《 中国青年报 》   阅读次数:1413   发布时间:2011-12-11 15:43:32
责任编辑:系统管理员   
    “左勾拳,右勾拳,三连击!”格斗机器人“亚当”能够照着人类的一举一动完成相同的动作。好莱坞大片《铁甲钢拳》正在国内火热上映。影片中的主角“亚当”算不上先进,它的特点只是能够模仿眼前人的一切动作。但也正是这套令人叫绝的“影子模仿”系统,使得无数机器人发烧友为之疯狂。
    走出影院,回到现实。一款由北京工业大学学生孙荣毅、李清清、沈京、崔昊天、李嗣研等人自主研发的 “新型外骨骼式主从机器人系统”,出现在人们的视野。
    每一个零件都是我们自己加工的
    扭一扭头,抬一抬胳膊,弯一弯手指,只要操作者做一个动作,对面的机器人“小家伙”就能做到相同的动作,甚至各个关节的弯曲程度都能与操作者保持一致。
    “小家伙”身高不足一米,脚踩履带,挥舞着两条胳膊,厚实的肩膀上架着个小脑袋。他的一双“灵巧仿生手”差不多可以实现人手的大部分功能,比如说握住汽水瓶盖,甚至是翻书写字。
    “小家伙”代号为“MSR-3”,是孙荣毅和他的同学们研发的一款能够实时跟随人体动作而动的新型机器人系统。
    控制这个“小家伙”机器人很简单,操作者只需要穿上人体运动采集服和戴上数据手套。队长孙荣毅介绍,采集服和数据手套会记录操作者身体各部位的姿态信息,这些信息通过无线通信的方式传递给机器人。机器人根据得到的信息,还原操作者的肢体动作,达到人机协同的目的。
    此外,如果操作者戴上视频眼镜,还能够通过安装在机器人头部的摄像头,观察机器人工作的现场。
    “系统中的每一个零件都是我们自己加工的。”孙荣毅抚摸着机器人自豪地说,“别看这些动作十分简单,但是机器人要还原这些动作却非常困难,其中要涉及很多相关学科的知识,比如自动化、机械工程、仿生学等等。”
    几年前的一天,一档电视节目将孙荣毅引上了研制机器人的道路。电视节目采访的是一位拆弹专家。为防意外,这位拆弹专家在拆弹前总会让随队摄影师拍下一张自己的照片留给家人作为纪念。孙荣毅回忆,当时我们就想是否能够研制出一款机器人代替人去完成各种各样的危险作业。
    我们的团队就像一支“杂牌军”
    “其实我们的团队就像一支‘杂牌军’。”孙荣毅笑着说,“目前我们团队共有8名成员,来自5个不同的专业。我们根据各自的专业特长负责设计机器人的不同模块。”
    正是由于队员的分工合作和智慧交融才使得“MSR-3”一路过关斩将,杀入了今年全国“挑战杯”决赛,并最终捧回了特等奖的奖杯。
    “MSR-3”的诞生要追溯到2008年。它最早的版本从外观上看只是一条简易的机械手臂,在手臂的前端还顶着个“大钳子”。等到发展成第二个版本时,它就已经具备了人的形态:有两只胳膊,一个躯干和一个底座。凭借着该版机器人,研发团队拿到了前往全国“挑战杯”决赛的通行证。
    第三个版本的“MSR-3”从设计到最终定型用了差不多3个月时间。“临去决赛现场的头一天晚上,我们还在改进运动采集服和机器人之间的无线通信模块。”孙荣毅说。团队在第二版机器人的基础上,着重改造了机器人的手部设计。
    为了能够采集操作者手指的运动信息,团队放弃了行业内广泛使用的基于“弯曲度传感器”的数据手套,转而研发出一款基于“滑动电位计”的“外骨骼式数据手套”。弯曲度传感器价格昂贵,且需从国外进口。用它做成数据手套,每个“手指”的成本在140元以上,而这相当于一副“外骨骼式数据手套”整体的价格。
    同样,目前国内市场上销售的基于惯性测量技术的人体运动采集服的报价约为40万元人民币,在性能不打折扣的前提下,他们的这身“衣服”成本却不足1500元。
    “我们的优势就在于创新。”负责数据采集模块设计的队员沈京表示,“在研制过程中,有些知识已经超出了本科所学的范围,我们就抱着一个信念,不管水多深,盲着做!”
    研发阶段很艰辛,但实验室里的空气并不全是紧张和枯燥的。队员李清清回忆起一段至今令大家记忆犹新的小插曲。某天早晨5点,团队中的一名成员由于熬夜过久,身体突发状况,全身抽搐。大家立刻放下手头的活儿,送该同学去了医院,并一直陪护在其身旁。经过这次突发事件后,大家明显感觉到团队的凝聚力增强了许多。
    “小家伙”与诺奖大师亲密接触
    虽然“小家伙”的个头没法和《铁甲钢拳》中的“亚当”相提并论,但它也算是见过大世面的。在不久前举行的2011年诺贝尔奖获得者北京论坛上,“小家伙”还与10位诺贝尔奖得主有过互动,并同2004年诺贝尔物理学奖获得者戴维·格罗斯亲切握手。
    “他们东西挺新鲜的,我转了整个场馆,没有别的作品和他们的一样。”在不久前的“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛决赛的现场,队员们还碰上了一件有趣的事。一位头天来“踩点”的评审专家,竟然在第二天的评审环节中自愿充当起了项目“讲解员”。
    “据我们调研,就完整性和协同性方面来说,这款机器人在国内尚属首例。但要拿到世界范围内作比较,我们的作品还差得很远。”孙荣毅介绍说,在主从协同机器人方面走在最前列的当属美国国家航空航天局(NASA)研发的“Robonaut”机器人。操作者无论是在地球上,还是在太空舱里都可以精确控制机器人的行为。此外,日本和德国在这方面也具有相当大的领先优势。
    在刚刚闭幕的第六届北京国际文化创意产业博览会上,很多企业负责人在观看了“小家伙”的表演之后,都表达了想与团队合作的意愿。
    今年3月,在日本核泄漏事故中,50名“死士”坚守福岛核电站。“如果这些工作能够交由机器人来完成该有多好。”孙荣毅感慨地说。他们的这款机器人今后有望应用在远程医疗、反恐救灾、空间探索等领域。“尽管这还只是一个原型机,但只要有足够的资金,我们就能让机器人的性能大幅提升,并针对特殊的用途,实现产品化。”在很多人眼里,机器人只是一个玩具,然而在孙荣毅他们看来,机器人是有生命的。他们所要做的就是让每一个机器人都实现自身的价值。
 

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