人形機(jī)器人有哪些感知與控制的共性技術(shù)？

如果機(jī)器人不再昂貴，如果機(jī)器人能按你的需求來(lái)定制，機(jī)器人會(huì)普及嗎？

如果機(jī)器人社會(huì)可以被融入，可以被管理，而且在人的介入后有基本的循環(huán)生態(tài)鏈，機(jī)器人社會(huì)能是外星球的未來(lái)世界嗎？

人形機(jī)器人被認(rèn)為是緩解老年護(hù)理勞動(dòng)力短缺問(wèn)題、 減輕家庭和社會(huì)負(fù)擔(dān)的新的解決思路。

“人形機(jī)器人具備類(lèi)人形態(tài)，能夠適配人類(lèi)工作環(huán)境，在養(yǎng)老助殘、環(huán)境清潔、醫(yī)療康養(yǎng)、家政服務(wù)等領(lǐng)域具備巨大應(yīng)用潛力?！?/p>

工信部印發(fā)《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指導(dǎo)意見(jiàn)》)，提出到 2025 年，人形機(jī)器人創(chuàng)新體系初步建立，整機(jī)產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；到2027 年，技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提升，構(gòu)建具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，綜合實(shí)力達(dá)到世界先進(jìn)水平。

人形機(jī)器人有哪些感知和控制的關(guān)鍵技術(shù)？

一、視覺(jué)感知技術(shù)

視覺(jué)感知是機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分, 在復(fù)雜的三維工業(yè)場(chǎng)景中利用視覺(jué)傳感器獲取周?chē)h(huán)境的真實(shí)空間信息, 并進(jìn)行預(yù)處理、配準(zhǔn)融合以及空間場(chǎng)景表面生成等過(guò)程, 實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境真實(shí)的刻畫(huà)及數(shù)字模型的重建，為機(jī)器人在工業(yè)制造中提供豐富的二維和三維信息。目前一般有：雙目三維環(huán)境感知、3D點(diǎn)云配準(zhǔn)、位姿估計(jì)等技術(shù)。

1雙目三維環(huán)境感知

通過(guò)模擬人類(lèi)雙眼視覺(jué)系統(tǒng)的觀測(cè)原理, 利用雙目相機(jī)對(duì)獲取圖像進(jìn)行立體匹配得到圖像中像素點(diǎn)的準(zhǔn)確視差, 結(jié)合雙目相機(jī)參數(shù)獲取周?chē)h(huán)境的準(zhǔn)確深度信息, 并利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景目標(biāo)感知識(shí)別與定位。

2 3D點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)

3D點(diǎn)云配準(zhǔn)通過(guò)求解出同一坐標(biāo)下不同姿態(tài)點(diǎn)云的變換矩陣, 利用該矩陣實(shí)現(xiàn)多視點(diǎn)掃描點(diǎn)云的精確配準(zhǔn), 最終獲取完整的3D數(shù)字模型。比如：最近點(diǎn)迭代是最常用的配準(zhǔn)比對(duì)策略，它利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)距離構(gòu)造目標(biāo)函數(shù), 通過(guò)距離函數(shù)極小化方法匹配兩個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。

3. 位姿估計(jì)算法

主要有經(jīng)典的模板匹配、特征點(diǎn)檢測(cè)算法和深度學(xué)習(xí)方法。 模板匹配預(yù)先構(gòu)建目標(biāo)物體各個(gè)視角位姿模板庫(kù), 在線檢測(cè)時(shí)檢索得到最相似模板圖像對(duì)應(yīng)的位姿,。特征點(diǎn)檢測(cè)算法通過(guò)提取目標(biāo)二維圖像特征, 構(gòu)建表征性強(qiáng)的2D-3D關(guān)鍵點(diǎn)匹配點(diǎn)對(duì), 然后使用N點(diǎn)透視方法解算出物體位姿。

二、機(jī)器人控制關(guān)鍵技術(shù)

1.機(jī)器人精準(zhǔn)執(zhí)行控制

精準(zhǔn)執(zhí)行是指機(jī)器人在作業(yè)過(guò)程中能夠保持對(duì)于預(yù)設(shè)加工軌跡的高精度跟蹤并且對(duì)于各類(lèi)擾動(dòng)具有魯棒性, 在保障加工一致性方面具有重要作用。目前常用的有：自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制、基于優(yōu)化方法的控制、魯棒控制、滑模控制、抗擾動(dòng)控制、有限時(shí)間收斂控制等。

2. 機(jī)器人柔順力控制

1）機(jī)器人阻抗控制：主動(dòng)柔順是把期望的柔順性轉(zhuǎn)換為期望的位置和力信號(hào)，基于接觸時(shí)狀態(tài)量的變化(如力、位置等)，建立相關(guān)變量之間的耦合關(guān)系，從而得出期望的位置和力信號(hào)下所需要的控制信號(hào)。

2）機(jī)器人力位混合控制: 為了保證兩個(gè)變量的互不影響，機(jī)器人力位混合控制將兩個(gè)變量劃分為兩個(gè)互補(bǔ)的正交空間，通過(guò)對(duì)角矩陣實(shí)現(xiàn)了位置和力的“互鎖“，從而實(shí)現(xiàn)了力和位置的解耦控制。

3）機(jī)器人視覺(jué)伺服控制

機(jī)器人視覺(jué)伺服控制通過(guò)視覺(jué)誤差產(chǎn)生控制量, 驅(qū)動(dòng)機(jī)器人到達(dá)作業(yè)位置,完成指定作業(yè)任務(wù)。

4）多機(jī)器人協(xié)同控制

隨著多機(jī)器人制造應(yīng)用需求的擴(kuò)大, 多機(jī)器人控制成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題. 目前, 設(shè)計(jì)多機(jī)器人控制器的主要方法包括: 矩陣?yán)碚摲椒?、耗散理論、小增益定理、收縮分析和李雅普諾夫函數(shù)方法。