日本人形機器人到底有多強，甩國內可不止7條街

提到日本人形機器人，如果你還只知道ASIMO可是弱爆了！

上篇文章《面對世界上最複雜的人形機器人，你該期待什麼？》我們講到了人形機器人的特點、技術關鍵、發展歷程及前景等，提到了日本人形機器人的先進性。那麼，日本機器人到底有多強大，我國處在什麼水平？世界各主要國家仿人機器人現狀如何……本期小科普，小編帶您一起看看。

在全球說到深入人心的智能人形機器人大國，第一個讓我們想到的就是美國，其次是我們的鄰居日本！提到美國除了想到微軟以外，無外乎就是谷歌了，近幾年穀歌大規模收購機器人公司，多達9個之多，這些機器人公司設計的智能人形機器人範圍涉及到搜救、測試防化服、防撞擊以及模擬人類的機械腿等等，隨著人形機器人的迅速發展，谷歌的野心也昭然若揭。

再談談我們的鄰居日本，日本的科技水平是全球公認的，幾乎所有我們耳熟能詳的日本企業都與智能人形機器人有關，而日本人開發的智能人形機器人多用於生活中，最突出的比如踢球機器人、陪護機器人、救災機器人等等，當然價格也不菲。

日本的發展現狀：暫時領先

由於難度大、短期實用性不突出，人形機器人的研究在整個世界範圍內並不是很受重視——除了在日本。也許是因為日本引以為豪的機器人愛好者文化，讓其在這一未來將發揮重大作用的領域搶佔先機。

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行走控制一直是日本的強項

以HRP-2為例。該機器人有58KG，1.5m高，JAXON更是達到了110KG，1.8m身高。這樣大型的機器人完全採用電機驅動——而非像美國Atlas那樣用液壓的腿，對電機製造控制提出極高要求。最大的挑戰來自於高扭矩輸出，尤其是膝蓋。因為機器人的關節處空間狹小，需要極高的電機功率密度。電機的扭矩正比於電流，所以機器人用電機的一大方向就是如何讓電機承受更大電流而不燒毀。HRP-2的電機可以承受20A電流，JAXON更是不惜加上了沉重的水冷系統。

ASIMO

ASIMO（日本語：アシモ，羅馬音：Ashimo，中文：阿西莫），日本本田技研工業株式會社研製的仿人機器人。ASIMO身高1.3米，體重48公斤。它的行走速度是0-9km/h。早期的機器人如果直線行走時突然轉向，必須先停下來，看起來比較笨拙。而ASIMO就靈活得多，它可以實時預測下一個動作並提前改變重心，因此可以行走自如，進行諸如「8」字形行走、下台階、彎腰等各項「複雜」動作。此外，ASIMO還可以握手、揮手，甚至可以隨著音樂翩翩起舞。

那麼，為什麼日本的人形機器人如此厲害呢？下面我們不妨一起回顧下人形機器人在日本的發展歷史。

世界上第一台人形機器人Wabot-1誕生於日本，由日本早稻田(Waseda)大學Prof. Kato於1973年研究成型，在當年已經有了一套下肢行走控制、視覺、對話交互系統。

在Prof. Kato退休後，他的兩位學生Prof. Takanishi 和 Prof. Sugano分別擔起了機器人下肢和上肢的研究。Prof. Takanishi做出了WABIAN，並基於此做了一系列複雜的路麵條件下的步行實驗，以及模擬人腳對機器人足底結構進行了改進。Prof. Sugano 則從為Wabot-2(1985年)做彈鋼琴的機械手開始，目前在做的新型機器人是用作室內服務設想的Twendy-One。

如今早稻田大學依然在人形機器人研究領域位列前沿，當我們身邊的大學Robotics Institute(機器人學院)逐漸被提出來的時候，早稻田大學早已成立了Humanoid Robotics Institute(人形機器人學院)，可見其科研實力。

從1973年的Wabot-1到如今的WABIAN，我們也可以看出人形機器人的研究是非常困難並需要大量時間的，這也是日本政府為什麼產生了製造通用機器人平台的想法，HRP-2正是其中的代表，就如同DRC中美國的Atlas機器人。

HRP-2是基於東京大學JSK實驗室早期的人形機器人，由kawada公司和AIST(產業技術綜合研究所)合作製造，從2002年一直使用至今，價格在50萬美元的量級。它高度153厘米，重量58公斤，有30個自由度。我們看到過很多HRP-2的實驗，從洗盤子做菜、疊衣服、搬東西、上樓梯到跳舞等等，可以說是一個非常成功和成熟的實驗平台。成熟平台的好處就是降低了研究的門檻，減少了重複造輪子的時間及研究經費，對研究的進步和學生的培養都有很大的好處。HRP-2產品出售到世界各地的人形機器人研究所。

HRP-2之後，kawada公司又製造了HRP-3及HRP-4，機器人更加精美，但售價也上升到了100萬美元的量級，因而相比於HRP-2略為少見。

HRP-3 加入了防水功能，可以在潮濕的化工廠里進行作業

除了WABOT、HRP系列、JAXON等，日本有名的人形機器人還有DRC 2013 Trails的冠軍SCHAFT，老少皆愛的ASIMO、以及石黑浩教授的以表情像人為特點的機器人了。

美國：專註內在

由於美國的機器人運用偏重於軍事應用，重點強調的是機器人的功能，所以美國的機器人在外形上趨向於機器結構，而在外形上並不做過多的研究。這也是美國的機器人研究區別於日本的主要特點。典型代表是美國最新的智能軍用機器人「大狗」。波士頓動力的Atlas是美國人形機器人的典型代表，其先進性及發展歷程在上篇文章《大型類人機器人到底難在哪兒 國內為啥造不出Atlas？》里已有詳細介紹，在此不再贅述。

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法國：NAO機器人為代表

NAO機器人是法國最新研發的一款人工智慧機器人。它擁有著討人喜歡的外形，而且具備有一定水平的人工智慧，能夠與人親切的互動。NAO機器人還可以通過學習身體語言和表情來推斷出人的情感變化，並且隨著時間的推移「認識」更多的人，並能夠分辨這些人不同的行為及面孔。

NAO的一大特點是它的嵌入式軟體。通過這些軟體，NAO可以進行聲音合成、音響定位、探測視覺圖像及有顏色的形狀、（憑藉雙通道超聲波系統）探測障礙物以及通過自身大量的發光二極體來產生視覺效果或進行互動。

超過5000個Nao已經被全球50個國家的550間頂尖高校和實驗室購買作為研究工具。Nao參與的研究項目包括語音識別、視頻處理、模式識別、自閉症治療、多智能體系統、自動化、訊號處理、全身運動以及路徑規劃。

我國人形機器人的發展現狀：起步晚，開始嶄露頭角

我國仿人機器人的研製工作起步較晚, 1985年以來,相繼有幾所高校進行了這方面的研究並取得了一定的成果。其中以哈爾濱工業大學和國防科技大學最為典型。

哈爾濱工業大學自1985年開始研製雙足步行機器人,基於控制理論曾經獲得自然科學基金和國家「863」計劃的支持,迄今為止已經完成了三個型號的研製工作：

第一個型號HIT-Ⅰ 為10個自由度,重100kg ,高1.2m,關節由直流伺服電極驅動,屬於靜態步行。

第二個型號HIT-Ⅱ 為12個自由度,該機器人髖關節和腿部結構採用了平行四邊形結構。

第三個型號HIT-Ⅲ 為12個自由度,踝關節採用兩電機交叉結構,同時實現兩個自由度,腿部結構採用了圓筒形結構. HIT-Ⅲ 實現了靜態步行和動態步行,能夠完成前/後行、側行、轉彎、上下台階及上斜坡等動作。

目前,哈爾濱工業大學機器人研究所與機械電子工程教研室合作,正在致力於功能齊全的仿人機器人HIT-Ⅳ 的研製工作，該機器人包括行走機構、上身及臂部執行機構,初步設定32個自由度。

國防科技大學也是我國人形機器人研究的佼佼者，從1987年至今已經完成了四代機器人樣機的研製。在2001年12月研製成功我國第一台仿人機器人——「先行者」，實現了機器人技術的重大突破。「先行者」有人一樣的身軀、頭顱、眼睛、雙臂和雙足，有一定的語言功能，可以步態步行。

北京理工大學研製的機器人「匯童」有32個自由度，能打太極拳，會騰空行走，並能根據自身的平衡狀態和地面高度變化，實現未知路面的穩定行走。

2016年4月15日上午，中國科學技術大學發布中國首台特有體驗交互機器人「佳佳」，已初步具備了人機對話理解、面部微表情、口型及軀體動作搭配、大範圍動態環境自主定位導航和雲服務等功能。

機器人佳佳

儘管我國的研究和日本等技術強國相比，還是存在不小的差距，比如，發達國家的人形機器人在2003前後已經初步具備了跑步的能力，而我國目前還停留在跑步狀態下的步態分析與研究階段。

而且，我國的機器人在實用性方面和國外也有差距，如日本的ASIMO和QRIO已處於商用階段，而我國人形機器人目前基本處於技術展示階段，不過2016年優必選機器人Alpha1、Alpha2的相繼出現，一定程度上填補了國內商用人形機器人的空白。

目前，優必選已經成為中國領先的智能人形機器人研發生產公司，其歷時五年，耗資千萬，打造首款全球領先的可人機對話的商業化人形機器人Alpha(阿爾法)。16自由度，專業數字舵機，人工智慧，可仿人類自主直立行走，動作準確、快捷。智能娛樂，可表演唱歌、跳舞、打功夫、講故事、踢足球等。3D可視編程，圖形化編程界面，編程無技術門檻，簡單易學。

Alpha1、Alpha2機器人

結語：我國人形機器人只有不到20年的發展歷程，目前已開始嶄露頭角，但仍存在不少問題。一是整體技術水平有待提高。在整體功能、穩定性和可靠性方面，與日本相比還存在差距，本體機構設計、運動規劃、控制等關鍵技術也有待提高。我國研發的機器人尚不能達到這樣的水平。二是精密減速器、伺服電機、伺服驅動器等核心關鍵零部件長期依賴進口，亟須突破。三是企業參與度低。我國人形機器人的研發，大都集中在高校或研究機構。

目前，全球人形機器人大多都處於研發階段，初步實現了產業化。對我國而言，這是一個良好機遇，必須把握住仿人機器人產業處於起步階段這一契機，出台發展戰略，加大技術研發力度，建立共享研究平台，鼓勵企業與機器人產業融合，加強相關人才儲備，最終搶佔這一前沿科技的制高點。