Другие журналы
Сетевое издание Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл. № ФС 77-61859. ISSN 2412-592X

Состояние и тенденции развития антропоморфной робототехники

Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация # 04, август 2016
DOI: 10.7463/aplts.0416.0846436
Файл статьи: Aplts_Aug2016_025to052.pdf (1800.22Кб)
авторы: Хурс С. П.1, Верейкин А. А.2,*

УДК 621.865.8, 623.445

1 Фонд перспективных исследований, Москва, Россия

2 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Рассмотрен ряд актуальных разработок в области антропоморфной робототехники: роботизированные экзоскелеты, андроидные платформы с системой управления копирующего типа, андроидные платформы с системами управления комбинированного типа, роботы-аватары и андроиды. Выделены ключевые подсистемы робототехнической платформы: средства очувствления, средства самодиагностики, безопасности и назначения приоритетов, энергетическая подсистема, информационно-вычислительный комплекс. Определены важнейшие подсистемы “солдата будущего”, представляющего собой экипировку в виде многофункционального активного экзоскелета, дополненного необходимым снаряжением.
Приведены основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики антропоморфной робототехники. Так, создание исполнительных механизмов роботов, максимально соответствующих анатомии человека, сдерживается большим числом степеней подвижности тела человека. Для габаритов человека традиционные виды силовых приводов, такие как электромеханические, электрогидравлические и электропневматические, проигрывают по своим удельным характеристикам человеческим мышцам. Очевидно, наибольшие перспективы в этой области связаны с применением искусственных мышц. Проблема формирования обратных связей по всем видам чувств, с целью обеспечения оператору эффекта присутствия на месте робота, также к настоящему времени не решена. Остро стоит вопрос создания совершенной системы дистанционного управления, позволяющей получать от оператора однозначные сигналы для управления роботом. В настоящее время отсутствует полностью автономная система управления с элементами искусственного интеллекта. Особое внимание уделено проблемам создания источников энергии, способных обеспечить приемлемую автономность мобильных робототехнических систем. Отмечены наиболее перспективные на сегодняшний день источники энергии.
Рассмотрены некоторые вопросы разработки системы управления, способной работать в копирующем, супервизорном, комбинированном и автономном режимах. Представлены основные функции сенсорной системы. Показаны некоторые аспекты построения систем управления для перспективных средств антропоморфной робототехники, в том числе и с элементами искусственного интеллекта.
В целом, проведённый анализ показывает возможность революционного развития ряда ключевых направлений антропоморфной робототехники.

Список литературы
  1. Raytheon XOS 2 Exoskeleton // New atlas: веб-сайт. Режим доступа:http://newatlas.com/raytheon-significantly-progresses-exoskeleton-design/16479/ (дата обращения 13.11.15).
  2. HULC. Exoskeletons Enhance Mobility and Increase Endurance // Lockheed Martin: веб-сайт. Режим доступа:http://www.lockheedmartin.com/content/dam/lockheed/data/mfc/pc/hulc/mfc-hulc-pc-01.pdf(дата обращения 13.11.15).
  3. Kazerooni H., Steger R. The Berkeley Lower Extremity Exoskeleton // ASME Journal of Dynamics Systems, Measurements and Control. 2006. Vol. 128, № 1. Pp. 14-25. DOI: 10.1115/1.2168164
  4. Kazerooni H., Steger R., Huang L. Hybrid Control of the Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX) // The International Journal of Robotics Research. 2006. Vol. 25, № 5-6. Pp. 561-573. DOI: 10.1177/0278364906065505
  5. Экзоскелет Perseus // Военное обозрение: веб-сайт. Режим доступа: http://topwar.ru/39839-ekzoskelet-perseus-marketingovyy-pamflet.html (дата обращения 13.11.15).
  6. Верейкин А.А. Расчёт исполнительных гидроцилиндров экзоскелета // Молодёжный научно-технический вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 5. Режим доступа http://sntbul.bmstu.ru/doc/569290.html (дата обращения 15.08.16).
  7. Верейкин А.А., Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семёнов С.Е., Каргинов Л.А., Кулаков Б.Б, Яроц В.В. Синтез кинематической схемы исполнительного механизма экзоскелета // Актуальные вопросы науки. 2014. № 8. С. 68-76.
  8. Верейкин А.А., Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семёнов С.Е., Каргинов Л.А., Кулаков Б.Б, Яроц В.В. Динамика исполнительного механизма экзоскелета // Техника и технология: новые перспективы развития. 2014. № 8. C. 5-16.
  9. Верейкин А.А., Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Анализ и выбор кинематической структуры исполнительного механизма экзоскелета // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. №7. Pp. 72-93. DOI: 10.7463/0714.0717676
  10. Верейкин А.А., Ковальчук А.К., Каргинов Л.А. Исследование динамики исполнительного механизма экзоскелета нижних конечностей с учётом реакций опорной поверхности // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 12.С. 256-278. DOI: 10.7463/0815.9328000
  11. Зельцер А.Г., Верейкин А.А., Гойхман А.В., Савченко А.Г., Жуков А.А., Демченко М.А. Концепция экзоскелета капсульного типа для аварийно-спасательных операций // Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. №3. С. 14-22.
  12. Жуков А.А., Демченко М.А., Верейкин А.А., Савченко А.Г., Зельцер А.Г. Архитектура системы управления экзоскелета // Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 2. С. 546-553.
  13. Верейкин А.А., Савченко А.Г., Зельцер А.Г., Жуков А.А., Демченко М.А. Анализ некоторых факторов биомеханики человека как предварительный этап проектирования исполнительного механизма экзоскелета // Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. №2. С. 1-11.
  14. УКТ-3 // НПО Андроидная техника: веб-сайт компании. Режим доступа: http://npo-at.com/products/%c2%ab%d0%b0%d0%b2%d0%b0%d1%82%d0%b0%d1%80%c2%bb/ (дата обращения 13.11.15).
  15. ExoHand // Festo Corporate: веб-сайткомпании. Режим доступа: http://www.festo.com/cms/en_corp/12713.htm (дата обращения 13.11.15).
  16. Androids and Artificial Intelligence Research at the Osaka University // EXPO21XX: веб-сайт. Режим доступа:http://expo21xx.com/automation21xx/17466_st3_university/default.htm(дата обращения 25.06.15).
  17. MacDorman K.F., Ishiguro H. The uncanny advantage of using androids in cognitive and social science research // Interaction Studies. 2006. No.7:3. Pp. 297-337.
  18. Антропоморфныероботы // Neurobotics: веб-сайт. Режим доступа:http://neurobotics.ru/robotics/antropomorphic-robots (дата обращения 13.11.2015).
  19. Successful Development of a Robot with Appearance and Performance Similar to Humans // AIST: веб-сайт. Режим доступа:http://www.aist.go.jp/aist_e/latest_research/2009/20090513/20090513.html (дата обращения 13.11.15 ).
  20. Kaneko K., Kanehiro F., Morisawa M., Akachi K., Miyamori G., Hayashi A., Kanehira N. Humanoid robot HRP-4 – Humanoid robotics platform with lightweight and slim body // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2011, 25-30 September, San Francisco, CA, USA. Pp. 4400-4407. DOI: 10.1109/IROS.2011.6094465
  21. Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Гидросистема с программным управлением для роботизированного манекена // Научно-технический сборник. Вопросы оборонной техники. Санкт-Петербург, 2006. Сер. 9. № 2(219)-3(220). С. 64-66.
  22. Ковальчук А.К. Разработка математической модели исполнительного механизма роботизированного манекена // Научный Вестник МГТУ ГА. 2011. № 168 (6). С. 128-131.
  23. Humanoid robotic & programmable robots // Aldebaran Robotics: веб-сайт. Режим доступа:https://www.aldebaran.com/en (дата обращения 13.11.15 ).
  24. NAO Humanoid Robot Platform // istec.org: веб-сайт. Режим доступа:http://www.istec.org/wp-content/uploads/2013/11/Datasheet_H25_NAO_Next_Gen_EN.pdf (дата обращения 13.11.15 ).
  25. Mericli C., Veloso M. Biped Walk Learning On Nao Through Playback and Real-time Corrective Demonstration // Proc. of 9th Int. Conf. on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS 2010). 2010, 10-14 May, Toronto, Canada.
  26. Chestnutt J. Lau M., Cheung G., Kuffner J., Hodgins J., Kanade T. Footstep Planning for the Honda ASIMO Humanoid // ICRA 2005. Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2005, 18-22 April. Pp. 629-634. DOI: 10.1109/ROBOT.2005.1570188
  27. Dedicated to the Science and Art of How Things Move // Boston Dynamics: веб-сайт. Режим доступа:http://www.bostondynamics.com/robot_petman.html(дата обращения 13.11.15 ).
  28. SAR-400 // НПО Андроидная техника: веб-сайт компании. Режим доступа: http://npo-at.com/products/sar-400/ (дата обращения 13.11.15 ).
  29. AR-600 // НПО Андроидная техника: веб-сайт компании. Режим доступа: http://npo-at.com/products/ar-600/ (дата обращения 13.11.15 ).
  30. DARPA Robotics Challenge // TRECVT: веб-сайт. Режим доступа:http://www.trecvt.com/(дата обращения 25.06.15 ).
  31. Hopkins M.A., Hong D.W., Leonessa A. Compliant Locomotion Using Whole-Body Control and Divergent Component of Motion Tracking // Proceedings of the 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2015, 26-30 May, Seattle WA, USA. Pp. 5726-5733. DOI:10.1109/ICRA.2015.7140001
  32. Hopkins M.A., Hong D.W., Leonessa A. Dynamic Walking on Uneven Terrain Using the Time-Varying Divergent Component of Motion // International Journal of Humanoid Robotics. 2015. Vol. 12, no. 3. DOI: 10.1142/S0219843615500279
  33. Atlas – The Agile Anthropomorphic Robot // Boston Dynamics: веб-сайт. Режим доступа:http://www.bostondynamics.com/robot_Atlas.html (дата обращения 13.11.15).
  34. Kuindersma S., Deits R., Fallon M., Valenzuela A., Dai H., Permenter F., Koolen T., Marion P., Tedrake R. Optimization-based Locomotion Planning, Estimation, and Control Design for the Atlas Humanoid Robot // Autonomous Robots, 2015. Vol. 40, no. 3. Pp 429–455. DOI: 10.1007/s10514-015-9479-3
  35. Feng S., Whitman E., Xinjilefu X., Atkeson C.G. Optimization Based Full Body Control for the Atlas Robot // 14th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). 2014, 18-20 November, Madrid, Spain. Pp. 120-127. DOI: 10.1109/HUMANOIDS.2014.7041347
  36. Robonaut 2 // R2: веб-сайт. Режим доступа: http://robonaut.jsc.nasa.gov/ (дата обращения 25.06.15 ).
  37. Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Управление исполнительными системами двуногих шагающих роботов. Теория и алгоритмы. М.: Изд-во МГОУ, 2007. 160 с.
  38. Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Формирование упрощённой траектории движения двуногого шагающего робота // Известия вузов. Машиностроение. 2011. № 3. С. 51-58. DOI: 10.18698/0536-1044-2011-3-51-58
  39. Ковальчук А.К., Кулаков Б.Б., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е., Яроц В.В. Основы теории исполнительных механизмов шагающих роботов. М.: Изд-во Рудомино, 2010. 170 с.
  40. Ковальчук А.К. Стабилизация движения двуногого шагающего робота с управлением моментами на стопах // Известия вузов. Машиностроение. 2011. № 4. С. 40-45. DOI: 10.18698/0536-1044-2011-4-40-45
  41. Compliant Humanoid Platform (COMAN) // IIT: веб-сайтинститута. Режим доступа:http://www.iit.it/en/advr-labs/humanoids-a-human-centred-mechatronics/advr-humanoids-projects/compliant-humanoid-platform-coman.html(дата обращения 13.11.15 ).
  42. Moro F.L., Tsagarakis N.G., Caldwell D.G. Walking in the resonance with the COMAN robot with trajectories based on human kinematic motion primitives (kMPs) // Autonomous Robots. 2014. Vol. 36, no. 4. Pp. 331-347.
  43. Moro F.L., Gienger M., Goswami A., Tsagarakis N.G., Caldwell D.G. An Attractor-based Whole-Body Motion Control (WBMC) System for Humanoid Robots // 13th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). 2013, 15-17 October, Atlanta, GA, USA. Pp. 42-49. DOI: 10.1109/HUMANOIDS.2013.7029953
  44. Lin Z., Liu Z., Fu W., Dudney N.J., Liang C. Lithium Polysulfidophosphates: A Family of Lithium-Conducting Sulfur-Rich Compounds for Lithium–Sulfur Batteries // Angew. Chem. Int. Ed. 2013. Vol. 52, no. 29. Pp. 7460-7463. DOI:10.1002/anie.201300680
  45. Fuel Integrated FC Systems // HES Energy Systems: веб-сайт. Режим доступа:http://www.hes.sg/#!fuel-integrated-fc-systems/c15wk(дата обращения 13.11.15 ).
  46. Fuel Cells // Energy.gov: веб-сайт.Режим доступа: http://energy.gov/eere/fuelcells/fuel-cells (дата обращения 13.11.15 ).
  47. City Labs Achieves Industry’s First Product Regulatory License for a Betavoltaic Battery // City labs: веб-сайт. Режим доступа:http://www.citylabs.net/index.php?option=com_content&view=article&id=42:general-license&catid=8:news&Itemid=50 (дата обращения 13.11.15 ).
  48. Физиология человека: Учебник / Под ред. Покровского В.М., Коротько Г.Ф. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 2003. 656 с.
  49. Психофизиология. Учебник для ВУЗов / Под ред. Александрова Ю.И. 4-е изд. СПб.: Питер, 2014. 464 с.
  50. Макаров И.М., Лохин В.М., Манько С.В., Романов М.П., Александрова Р.И. Развитие технологии интеллектуального управления для создания перспективных образцов ВВТ на базе новых средств комплексной автоматизации проектирования // Известия ЮФУ университета. Технические науки. 2013. № 3 (140). С. 7-14.
  51. Разработка искусственной нервной системы гуманоидного робота (аватара) // Россия 2045: веб-сайт. Режим доступа: http://2045.ru/experts/28869.html (дата обращения 13.11.15 ).
  52. Луцан М.В. Технологии, базирующиеся на идее ИИ. Материалы 54-й ежегодной студенческой научной конференции. Таганрог, 2007. Режим доступа: http://filosof.historic.ru/books/item/f00/s00/z0000970/st007.shtml (дата обращения 13 .11.15 ).
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация» Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)