近年，仿人機器人的研發(fā)取得了重大進展。Rollin’Justin是由德國航空航天中心(DLR)研制的一款機器人，能夠完成復雜的雙手動作，由于采用了移動平臺，可以在房間中行動自如。它是一種服務機器人的雛形，未來可以幫助人們完成日常家務或在倉庫里搬送物品。對運動順序至關(guān)重要的快速通訊通過EtherCAT來實現(xiàn)，與此同時，由倍福的TwinCATPLC自動化控制軟件實現(xiàn)精細的控制。

　　德國航空航天中心（DLR）位于德國Weßling市，Rollin’Justin機器人是其十多年的研究成果。這種人形移動式機器人是在由DLR研發(fā)的輕型機械臂和機械手基礎(chǔ)上研制而成（例如，用于太空維護工作的機械臂和機械手）。通過旋轉(zhuǎn)和移動底座可擴大機器人的抓取范圍，底座裝有4條獨立的、可靈活伸縮的機械腿。這與人通過身軀和腿的運動擴大活動半徑相類似。“Rollin’Justin上半身可自由旋轉(zhuǎn)43度，并配有扭轉(zhuǎn)傳感器；共有51個關(guān)節(jié)，可以完成高度靈活的運動,，能夠靈敏地進行操作和交互運動。該機器人的雙手可以嫻熟地操作物體，例如搬移木箱或者沏茶。后者需要復雜的動作協(xié)調(diào)性。機器人必須一只手抓住茶葉罐，另一只手旋開它。然后，將茶葉粒倒入飲用玻璃杯。此時，通過手指輕扣塑料容器，精確地控制茶葉用量。最后將水從水瓶倒入茶杯。

　　扭矩傳感器實現(xiàn)敏捷操作

　　視操控動作的不同，需要較松或較緊地協(xié)調(diào)手臂和手的動作：例如,抓起如木箱之類的大型物體時，兩個手臂必須緊密地協(xié)調(diào)工作。另一方面，旋開螺帽，要求手和臂完成良好的同步運動。此外，Rollin’Justin也可以與人和周邊環(huán)境進行互動。當撞到某物或者觸碰到物體或者人時，它可以感知并立即中止動作，或者詢問是否應繼續(xù)工作。通過集成的語音識別系統(tǒng)，該機器人可識別約100個單詞且能將其組成有意義的短語。此外,它還可以通過內(nèi)置攝像頭采集周圍環(huán)境信息并識別目標，從而調(diào)整自己的運動方向。如在手指中安裝扭矩傳感器，確保Rollin’Justin可以靈敏地抓起像草莓之類的物體且不擠碎它們。機器人的腳的活動范圍可調(diào)：當執(zhí)行高動態(tài)性動作或者大范圍移動動作時，Rollin’Justin可伸展開腿，擴大底盤范圍，從而穩(wěn)定上部軀體。需要穿過狹窄通道時，它會再次縮回腿。

　　“通過EtherCAT，我們找到了理想的通信系統(tǒng).”

　　KlausKunze，來自德國航空航天中心機器人系統(tǒng)部機器人與機械電子研究所。他說，“研制Rollin’Justin時，使用第三方供應商成熟的硬件組件，使我們節(jié)省了大量耗時的研發(fā)工作?！薄拔覀冎饕鶕?jù)所需的目標功能和緊奏型設(shè)計來選擇組件?！?/p>

　　然而，這給德國航空航天中心帶來的挑戰(zhàn)是：必須整合各種不同的實時協(xié)議。采用了通過CAN、CANopen、SERCOS、SpaceWire和EtherCAT等實現(xiàn)通信的組件。這些不同現(xiàn)場總線之間的轉(zhuǎn)換由EtherCAT從站上的倍福TwinCATPLC自動化軟件完成。控制所需全部數(shù)據(jù)均通過Matlab®/Simulink®環(huán)境中的一個具有實時功能的總線協(xié)議同步傳輸。該環(huán)境安裝在一臺獨立的實時計算機上，并由該計算機控制整個平臺（包括機器人上部軀體）?！拔覀冃枰@樣一個解決方案，一方面支持這些組件的通信技術(shù)，另一方面不影響這些組件的性能。例如，可以實現(xiàn)1毫秒的SERCOS驅(qū)動周期時間和較短的靜區(qū)時間?！盞lausKunze說。通過倍福的標準EtherCAT端子，完美地實現(xiàn)了力傳感器和伺服驅(qū)動的連接。倍福的SSI終端從機器人腿的位置傳感器采集數(shù)據(jù)。機械臂和軀干的SERCOS驅(qū)動器則通過倍福的SERCOS主站PCI插卡連接。Rollin’Justin為德國航空航天中心提供了一個優(yōu)異的試驗平臺。基于該平臺，可以完成計劃用于復雜的雙手操作任務的控制策略和智能動作。目前來說，將移動式服務機器人用于搬運木箱或沏茶等家務的家庭助手仍然屬于將來的一個夢想。

      German Aerospace Center (DLR)     www.dlr.de/en
      德國航空航天中心 (DLR)     www.dlr.de/en

      EtherCAT                          www.beckhoff.com/EtherCAT
      EtherCAT                          www.beckhoff.com/EtherCAT