探秘日本的机器人技术

最近，波士顿动力发布了一段视频，展示了Atlas的另一项令人难以置信的能力。在视频中，机器人跑着跳过障碍物，甚至能跳的更高来扑向迎面而来的盒子，简直就像马里奥和酷跑传奇一样。

虽然波士顿动力不论Big dog还是Atlas，都刷新了人们对机器人技术的认知，但一说机器人技术，不能不提到我们的老邻居——日本。

日本在机器人领域比较领先，但与西方不同，日本对机器人外形的重视程度很高，机器人应该就是“拟人”、“类人”，而不是擎天柱、钢铁侠;日本的机器人面向的也不是军事领域，而是服务业。

1969年 日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。此后，日本专家一直致力于研发仿人机器人和娱乐机器人。后来催生出本田的Asimo和索尼公司的Qrio这样一批机器人。

今天我们就来盘点下日本研发过的一些机器人。

可端茶倒水还会讲外语的机器人Asimo

日本本田集团推出的新一代的服务机器人Asimo，不仅能端茶倒水，还会说日语和英语，是酒吧和咖啡店的好帮手。

本田集团于1986年开始研发服务机器人Asimo。其推出的新一代的服务机器人Asimo，身高4.3英尺(1.3米)，奔跑时速5.6英里(约9公里)，51.8伏的锂电池一次可供其工作40个小时左右，不仅能端茶倒水，还会说日语和英语。

Asimo在智力和动作方面均有所改善，是目前世界上最先进的人形机器人。阿斯莫不仅能行走自如、上下楼梯，甚至还会跳跃。除此之外，阿斯莫头部内置的两个摄像头可以帮助其捕捉视觉信息，因此它能够检测附近移动的物体，并判断距离和方向。一旦它检测到有行人，便会选择另一条路避让，但即使是轻微地碰一下，它也能够保持平衡。

可以与人类正常交流的机器人Emiew

Emiew为白色人形机器人，有红色的头发，重量为14千克，身高大约80里面。Emiew是“Excellent Mobility and Interactive Existence as Workmate ”的 缩写，意思是“像同事一样出色的移动和互动实体”。日立一直希望Emiew可以成为医院、办公室及其它公共场所的向导。

EMIEW头部内置传感器和14个麦克风，可以检测和绕开障碍物，并且响应简单的语音命令。通过最新一次升级，EMIEW可记忆关键词，即使提问者使用不同的短语，它仍然可以回答问题。例如，你可以问“池塘有多深?”或者“池塘的深度是多少?”，EMIEW可以回答相同的答案。利用眼部的两个摄像头，EMIEW还可以捕捉人类的面部动作，确认提问者是否理解自己的回答。例如，当听到回答，如果你摆手，EMIEW会提供另外的信息。

多才多艺的行走机器人Qrio

Qrio为日本索尼公司SONY所研发的机器人，名字源于“Quest for Curiosity”，是一款集科技与娱乐于一身的梦幻机器人。

Qrio的身高58为厘米，体重7公斤，在多达38个可转动关节下，不仅可跳舞、唱歌、踢足球，更可即时调整姿势来适应各种环境;透过纪录声音与脸部特征，具有辨识的功能，可与人进行即时互动。

史上最萌妹子的机器人Geminoid F

Geminoid F(F代表女性female)是由日本机器人专家石黑浩制作的一个女机器人。“出生于”2010年。Geminoid以20多岁的日俄混血女性为模本，会做出眨眼、微笑、皱眉等65种不同面部表情，皮肤由柔软的硅胶研制，肤色逼真度极高，更能像真人发声、对话、唱歌，远看几乎与真美女无异。

此前，在日本上映的一部话剧《樱花恋》中，Geminoid F首次登台亮相，与人类女演员一起秀演技。 Geminoid F的声音和姿势由后台隔音室内的一位女演员负责，一个摄像头负责探测她的头部和身体移动，而后再由机器人“复制”。不过演对手戏的美国女演员布莱耶丽·朗说Geminoid F只是一个机器人，缺少人所拥有的特征，让她在舞台上感觉很“孤独”。

可识别面部表情，能与人类交流的机器人Pepper

Pepper是由法国机器人公司 Aldebaran Robotics 研发的，这家公司之前生产过可编程的商用机器人 Nao。 Pepper 大约 1 米高，外观为白色，长相可爱，可以用表情、动作、语言与人类交流，目前已经会使用 4500 个日语词汇。最值得一提的是，Pepper 在交流时可变换语调。

能识别人类语音、表情可以帮助机器人更快地被人类社会接受，因此语音、表情识别对机器人的发展至关重要。以往的机器在识别人类表情方面，都不太理想。这次软银在门店推出的 Pepper，可以识别表情，并用表情、动作、语音与人类交流、反馈，可以说是一大看点。不过，Pepper 要在门店从事何种工作、具体如何工作，并没有公布。

手术辅助机器人

奥林巴斯开发出了两款采用机器人技术的手术辅助设备：“消化器官内窥镜治疗辅助系统”和“电动多自由度腹腔镜”，二者均定位于“微创治疗的普及和发展不可缺少的技术”。

消化器官内窥镜治疗辅助系统，在控制台上实现远程操作。它适合用于将内窥镜从***插入消化道，在消化道内切除癌症等病变组织的手术。与开腹手术相比，可以实现微创治疗。该系统将两个多关节处置工具(持物钳与高频电刀)和内窥镜融合在一起，一同插入消化道内。手术医生可看着显示器屏幕在控制台上远程操作处置工具，自由操纵三个关节。

奥林巴斯的消化器官内窥镜治疗辅助系统，电动多自由度腹腔镜适用于创伤性低于开腹手术的“腹腔镜手术”。这种手术是在体表的几个地方打开切口，并从这些地方插入内窥镜(腹腔镜)和处置工具，以摘除胃、大肠或肝脏的肿瘤等。奥林巴斯配备的功能是，手术过程中可一直捕捉手术医生希望看到的部位，而不会让其离开医生的视野。内窥镜采用支持3D的产品。腹腔镜手术一般由其他医生来操作处置工具和腹腔镜，因此医生之间必须进行默契的配合。此次的腹腔镜利用机器人技术来帮助医生进行这种配合。

行走康复辅助机器人

丰田推出了为行走等康复训练提供辅助的机器人“行走练习助手”和“平衡练习助手”;以及在家庭生活中帮助主人完成捡拾掉落的物品等生活琐事的“生活辅助机器人”。

“行走练习助手”是一款能让因下肢麻痹而无法自如行走的人练习步行的辅助机器人。将其穿在病腿上，就能辅助向前迈腿及伸开膝部来支撑体重的动作。具有将腿部穿戴部分吊起的机构，可减轻练习者承受的机器人重量负荷，还可根据练习者的恢复程度改变机器人提供的辅助力度，以及监测关节角度等行走数据，并将步行状态以音像方式实时告知练习者。

开源电动假肢“HACKberry”

日本exiii公司推出了一款性能惊人的3D打印仿生肌电假肢HACKberry ，它可以被智能手机控制，借助智能手机的计算能力，用户可以根据自己的需要来进行私人定制。

这款假肢最大的特点是3D数据及电路板数据等全部实现了开源，从全球任何地方都可下载使用，并且使用3D打印机来制作。能源系统兼容市面上普通的数码相机电池，不仅保证了足够的续航时间，也为更换电池降低了难度。

由于采用3D打印技术，HACKberry的手指能根据对象的不同做出有所区别的“捡拾”和“抓握”的动作。例如，一个球可以被抓起来，但是勺子或叉子只需用捡拾就可以了。当HACKberry的手指聚拢在一起做出捏的动作时，两个手指之间几乎没有任何空隙，这就保证了它甚至可以轻松地捏起一张纸来。

新一代私人交通工具WHILL

WHILL由一小群来自索尼、丰田等知名日企的工程师发明。它与传统的轮椅大不相同，造型小巧，宽度仅 60 cm，长约 80 cm，转弯半径为 70 cm，像一个亲切友好的玩具。它的两个前轮分别由 24 个独立的小轮组成，此构造保证了Whill 的前轮能够横向移动，极大缩小了转弯半径。

WHILL通过四轮驱动，提高了通过碎石路等不良路况的能力，还可以将活动范围扩大到现有电动轮椅很难通过的场所;可以轻松跨越最高7.5cm的台阶;并且转弯灵活，在狭小的室内移动也很顺利。WHILL每次在街上行驶，都将这条路线好不好走作为数据积累下来。随着数据积累，地图上便可呈现出轮椅比较好走的路线。充满电5小时，续航24公里，售价约¥50000元。

WHILL操控也非常简单，符合人体工程学打造的控制器能方便用户前进、后退及转向。还可以用鼠标或是操纵杆控制，以及通过iPhone的APP远程操作，将WHILL从很远的地方叫过来，最高速度和加速度也可以用APP调节。为了增强安全性能，WHILL 的背部设计了尾灯。考虑到日常出行便利，一些固定背包、水壶的挂扣一应俱全。

会躲避障碍物的导盲机器人LIGHTBOT

日本精工(NSK)开发出了会躲避障碍物的导盲机器人“LIGHBOT”，能帮助视力障碍者在医院及商业设施等室内移动。用户只要握着机器人的把手行走，机器人会自动识别周围的墙壁及障碍物等，避开这些障碍物，前往用户想去的地方。也可以说这是一款配备自走功能的智能步行助力车。

LIGHBOT的把手中内置有NSK自主开发的4轴光学式力觉传感器，只要使把手倒向用户想去的方向，LIGHBOT就会朝着该方向行驶。 机身下部配备有识别周围墙壁的激光测距传感器和检测与用户视线同等高度的障碍物的距离图像传感器，当LIGHBOT快要撞上墙壁和障碍物时，会自动修正移动方向。机身下部前方配备红外线距离传感器，可以检测并躲避前进方向上的台阶等较大落差。

LIGTHBOT采用了动作捕捉装置的距离图像传感器和激光测距传感器，配备一个前轮两个后轮，左右两个后轮是独立的驱动轮。机身尺寸为长450mm×宽360mm×高1050mm，重15kg。还配备了导航仪功能。可以根据录入的地图和移动量信息推断自身位置。利用导航按钮，从事先录入的场所中选择目的地，LIGHBOT就会自动生成从当前位置到目的地的路线，并用语音导航。

外骨骼辅助机器人HAL

日本CYBERDYNE公司推出了辅助人体动作的“机器人服装HAL”，出发点是增强身体原有的机能，通过电机辅助来减轻腰部负担。HAL采用专门设计，机身重量约3kg左右，在大腿、腰部及腹部缠绕束带穿戴。该机器人主要由无线LAN(局域网)系统、电池组、电机及减速器、传感器(地板反应力传感器、表面肌电传感器、角度传感器)、执行机构等组成动力传动采用电机-减速器-外骨骼机构的方法。能够根据人体的动作意愿自动调整装置的助力大小。

HAL接收人体活动指令结构是首先读取脑神经和肌肉系统产生的身体信号，穿上这套机器人服之后，搬运50公斤重的东西就像几公斤一样。HAL用途广泛，主要面向高龄护理、残疾人辅助、消防及警察等危险作业，并且加强运动娱乐用途市场的开发力度。比如使用可以记录人体活动的机能，把专业高尔夫选手击球活动记录到HAL中，那么穿上这件HAL的人就会同他一样打高尔夫。

放在口袋里的移动型机器人电话

RoBoHon是夏普于2015年10月份发布的融智能手机与机器人为一体的移动型机器人电话，并于2016年上半年上市销售，售价约¥7500元。它配备有基于语音识别技术的对话功能，可以回答很多问题。比如，问他“你身高多少?”，它会回答：“19.5cm左右”，“你体重多少?”，会回答：“390g左右”。

RoBoHon是很小的机器人，但具有双足步行功能，可以从坐着的状态站起来，还会跳舞。备有电话、读邮件功能等，可以语音打电话，还可以写邮件。来电话时，会用举手、灯光闪烁来通知。利用内置的摄像头可以拍摄照片和视频，可以将拍摄的照片和视频通过激光投影仪投影到桌面及墙壁等面上。这些功能大部分可用语音操作。

语音识别及其他AI功能是用云处理，再将结果返回给RoBoHon来实现。电量减少时，要放在名为“充电椅”的充电器上充电，还可以用普通的手机充电器。夏普对RoBoHon的定位是取代智能手机，成为人手一个的伙伴，还开发出了携带的专用包。夏普认为这种小型交流机器人是人型机器人的终极状态。不用智能手机语音识别功能的用户也可以跟宠物、金鱼、布娃娃说话。做成人的样子对于交流而言，至关重要。

自动叠衣服机器人

Laundroid是日本创新企业SEVEN DREAMERS花费7年开发出来的可以把衣服自动叠好的机器人。外表看上去是个洗衣机的样子，它能帮你在完成洗衣、干燥任务之后顺便整整齐齐的叠好衣物。它内部采用了很多复杂的传感器，并配套图像解析、人工智能以及机器臂技术，传感器通过扫描衣物布料后得到相应的图像，然后系统软件会在这些图形中进行色块分析和定位，分析结果可以确定衣物的材质、形状等大量的信息，然后机械臂会根据这些信息将衣物进行不同方式的折叠。

由于大部分衣物都非常柔软，形状大小也不一样，对于机器的灵活性要求就更高。把40件衣服丢进机器，根据衣服的不同，它大约要使用3~6个小时来完成折叠工作。在实际演示中，折好一件衬衫花费的时间大约10分钟左右。目前可识别5种衣物类别：衬衫、T恤、裤子、孩子衣服及毛巾。这款机器人已经上市，售价约人民币15万元，初期面向洗衣店并逐渐进入到家庭。想象下睡觉前把脏衣服丢进洗衣机，早上醒来已经洗好烘干叠好了，确实可以节约很多繁琐的工作。

让农活变轻松的辅助机械臂

久保田开发的“Raku Vest”是一款能为老龄化日益严重的日本农村家庭提供帮助的机械臂。作用是在葡萄栽培等农业劳动中为需要频繁抬高手臂完成的作业提供辅助。穿着Raku Vest张开双臂的动作是通过后背上的板簧实现的，并未采用由轴和轴承组成的复杂结构。虽然看上去就像背了个背包，但实际是用很粗的网带固定的，因此产品的重量不会压在腰部。

RakuVest使用4节5号电池，重量也只有将近4kg。用于手臂固定和解锁的电磁阀利用干电池驱动而不使用马达，这为轻量化做出了很大的贡献。手臂锁定机构是它的一大特点，手臂长度和肩部支撑角度可通过手拧螺钉来调节，设计简单，没有拘束感。在研发过程中在葡萄种植户那里反复试验改进，做到了简单、方便、舒适。通过久保田遍布日本的营业网点，可以方便的购买到。根据反应穿上Raku Vest干好几个小时农活也不会觉得累。

用于核电站燃料提取的机器人

日立制作所开发出了水中行走游泳型机器人和形状可变型机器人。这两种机器人被用作福岛第一核电站燃料提取作业的远程操作装置，用于各种调查。均配备摄像头，可通过远程控制在人无法进行作业的空间行走，调查冷却水泄漏点及燃料状态。水中行走型用在辐射较低的地区，形状可变型用在辐射较高的地区。

水中行走游泳型机器人具有2个带式驱动轮和6个螺旋桨型推进器，用于调查环形弛压室等充满水的发电站建筑内部。可实现三种动作：(1)利用带式驱动轮(履带)的地面行走、(2)使用6个螺旋桨型推进器的三维方向游泳、(3)用推进器将机身按在墙面、靠履带行走的壁面行走。

推进器在与履带垂直的方向上有4个，在与履带平行的方向有2个。机器人的外形尺寸为330mm×605mm×450mm，重量为31.5kg。游泳时的最大推力为7kgf，地面行走时的最大速度为50mm/sec(3m/min)。

人形机器人驾驶摩托车

2015年东京车展上雅马哈首次公开了能够驾驶两轮摩托车的自动驾驶机器人“MOTOBOTVer.1”。它完全可以自己驾驭摩托车，无需对其做任何改装。可以掌握通过摩托车速度及发动机转数等车辆工作情况获得的信息，以及通过加速度传感器和陀螺仪传感器获得的姿势信息等，控制6个致动器自主行驶。目前直线行驶最高时速已经达到106km/小时。

MOTOBOT的重量约为45kg。驾驶时为前倾姿势，此时肘部、膝部、腰部的角度 都是固定的，因此无法直立。机器人利用右手和右臂安装的两个致动器操作油门和前制动器。制动杆中安装了像手指一样的部件，通过手臂中的致动器来拉动。利用左臂安装的致动器来操作离合器杆。操作车把的是胸部安装的致动器。右脚部分安装的致动器用来操作制动踏板，左脚部分安装的致动器用来操作换档踏板。这6个致动器利用背部配备的计算机控制。

MOTOBOT的用途主要有两点，一是研究提高车辆的主动安全性;二是MOTOBOT产生的数据，研究人车交互的无人驾驶技术。目前可进行直线行驶、蛇行行驶和转弯。今后将追加高精度GPS及各种传感器等，用来识别自身位置。通过基于人工智能的机器学习功能，让MOTOBOT自己判断赛道的最佳线路及机器性能极限。

MOTOBOT的目标是，赛道单圈成绩战胜被评价为“史上最伟大的车手”的意大利选手瓦 伦蒂诺•罗西，罗西的最高速度超过300km/h，并且具有凭借巧妙的身体重心移动和油门控制随心所欲地操作摩托车的出色能力。开发团队坚信，通过面向专门用途进行开发，机器人能发挥超越人类的性能。以后也可以扩展到水上摩托和雪橇等。

欧姆龙乒乓球机器人

欧姆龙2015年发布了新型乒乓球机器人，会在球台上显示机器人击球的落点，帮助人类接球，并且能够把球击回到各种位置。机器人回球的落点会显示在乒乓球台上，因此人与机器人可以轻松地连续对打。欧姆龙的开发目标是让机器配合人类并产生默契，不仅提高工作效率，还要提高人的积极性。

机器人通过立体摄像头观测乒乓球的三维位置，根据乒乓球的位置变化计算出球速，然后根据速度变化及轨迹计算出球的旋转速度和方向。只有这些步骤在1/1，000秒的时间内完成并精准同步，机器人才不会失球。通过精确控制，对手如果击出一个慢球，机器人就回一个慢球;如果对手打出一个快球，机器人也回击一个快球;无论对手是大人还是孩子，机器人总能打出让对方接得住的球。

机器人通过3D视觉系统观测并计算球的位置。集成策划是日本产业界提出的概念，即从产业的角度，把用户需求、技术和服务结合起来，根据实际的应用场景做出整体的策划，再导入不同形态的机器人，尽量在当前的技术和成本条件下发挥机器人的作用。