替人干重体力活的人形机器人

日本产业技术综合研究所（以下简称 “产综研”）开发了一款人形机器人试制品HRP-5P，目标是代替人自主完成重体力工作和危险环境下的作业。

HRP-5P 是一款身高182cm、体重101kg的人形机器人，不但继承了 HRP系列的技术，还采用了最新的硬件技术，拥有 HRP 系列最强的身体能力。通过为其配备环境测量和物体识别技术、全身动作规划和控制技术、任务描述和执行管理技术以及高可靠性系统化技术等智能机器人技术，HRP-5P 能自主完成建筑现场的代表性重体力作业——石膏板施工。通过将 HRP-5P 作为产学合作的开发平台使用，有望加速在建筑现场以及飞机和船舶等大型物体的组装作业中运用人形机器人的研究开发。

（左）：HRP-5P的外观，（右）：正在搬运重约13kg的石膏板

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图1：前屈（上），劈叉并前趴（下）

HRP-5P 通过采用高功率马达、为驱动机构导入冷却系统、部分关节用多个马达驱动等方法，使关节扭矩和速度平均提高至 HRP-2 改良版的2倍左右。由此实现了将平放堆叠起来的石膏板搬起的重负荷作业（在手臂水平伸直的状态下，HRP-2改良版的单手可搬重量为1.3kg，HRP-4为0.9kg，而 HRP-5P 达到2.9kg）。

HRP-5P利用头部的复合感测器随时（0.3Hz）对周边环境进行三维测量。通过积累测量结果和更新记忆，即使视野被作业对象阻挡，也能规划搬运时的行走路线，对脚下打滑等情况进行修正（图2）。

图2：周边地图（上）和行走路线规划（下）

HRP-5P 利用新构筑的作业对象的图像数据库进行了卷积神经网络学习，即使在背景和照明条件比较恶劣的情况下，也能以90％以上的高精度检测10种对象物体在二维图像中的范围（图3）。

研究人员在机器人模拟器 Choreonoid 上构筑了智能机器人的虚拟测试环境，通过24小时监测软件的回归测试，保证了代码行数约为25万行的大规模软件的品质，成功构筑了高可靠性机器人系统。

图3：对象物体检测示例

通过整合以上技术，在模拟的住宅建筑现场，利用 HRP-5P 自身就自主完成了大型重物的处理以及需要搬运的石膏板墙面施工。

具体包括以下一系列动作：

1. 
   

   生成周边环境的三维地图并检测物体，靠近工作台。



2. 
   

   靠近工作台将平放堆叠在一起的石膏板最上面一张错开并搬起。



3. 
   

   一识别周边环境，一边将石膏板搬到墙壁处。



4. 
   

   放下石膏板，使其立靠在墙壁上。



5. 
   

   利用高精度AR标记识别工具并拿起。



6. 
   

   握住横撑，在确保稳定性的同时，用螺丝把石膏板固定到墙壁上。

图4：HRP-5P自主进行石膏板墙面施工

文 JST客观日本编辑部