想象一下機(jī)器人伙伴輔助每個(gè)人完成工作嫡秕，在機(jī)場幫助旅客搬運(yùn)行李丸凭，甚至為老年人提供全方位的生活照料。

PAL Robotics的全尺寸雙足人型機(jī)器人REEM-C

這便是位于西班牙巴塞羅那的PAL Robotics SL公司希望創(chuàng)造的未來生活茵瀑。

PAL Robotics是機(jī)器人行業(yè)的領(lǐng)先者间驮，設(shè)計(jì)和制造可應(yīng)用于多種場合的高級(jí)人型機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人。在他們繁忙熙攘的辦公區(qū)內(nèi)煤蔚，機(jī)器人的設(shè)計(jì)试填、編程和組裝工作正在有條不紊地進(jìn)行，工程師三三兩兩聚在一起谦枢，討論如何不斷改進(jìn)機(jī)器人的功能三麦。

挑戰(zhàn)

PAL Robotics首席技術(shù)官Luca Marchionni指出墙冻，最大的挑戰(zhàn)之一是保持機(jī)器人行走時(shí)的平衡。

機(jī)器人的行走涉及雙足與周圍環(huán)境的接觸屈宿，以及多種自由度下身體各個(gè)部分的并發(fā)配合運(yùn)動(dòng)奏尽。雙足機(jī)器人的控制系統(tǒng)必須處理兩個(gè)階段之間的轉(zhuǎn)換，即雙足支撐脸嗜，及單足支撐菠珍。

由于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)力學(xué)的非線性特點(diǎn)，很難通過單純的程序法則來實(shí)現(xiàn)行走控制亭弥，通常也無法通過實(shí)時(shí)狀態(tài)分析方法實(shí)現(xiàn)控制阴香，因?yàn)槠渲械脑囧e(cuò)過程過于復(fù)雜。相反粮剃，業(yè)內(nèi)普遍采用一種稱為“軌跡優(yōu)化”的數(shù)值方法恳蹲，即預(yù)先規(guī)定機(jī)器人的“理想行走路徑”，然后使用此數(shù)值方法計(jì)算最為接近此路徑的最佳近似值赋除；其中所謂“最佳”的標(biāo)準(zhǔn)則通過一個(gè)特定的代價(jià)函數(shù)來確定阱缓，此函數(shù)可兼顧機(jī)器人的理想行走路徑和物理限制這兩個(gè)條件。人型機(jī)器人的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)有著嚴(yán)格的空間和重量限制举农，目的是盡可能減小機(jī)器人的體積和慣性。PAL Robotics制造的大部分機(jī)器人都與真人大小類似敞嗡，并擁有多達(dá)40種的運(yùn)動(dòng)自由度颁糟。

解決方案

PAL Robotics制造的REEM-C和其他人型機(jī)器人均具有完全鉸接式關(guān)節(jié)，能夠根據(jù)任務(wù)要求完成一系列復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)喉悴。要對(duì)各關(guān)節(jié)的扭矩棱貌、速度和位置進(jìn)行伺服控制，需要用到高質(zhì)量的編碼器反饋數(shù)據(jù)箕肃。

PAL Robotics最終選用了由雷尼紹的關(guān)聯(lián)公司RLS生產(chǎn)的非接觸式磁編碼器婚脱，包括集成到膝部、腕部和肘部的AksIM?和Orbis?旋轉(zhuǎn)編碼器勺像，以及元件級(jí)增量式RoLin?編碼器障贸。

安裝有AksIM?絕對(duì)式磁旋轉(zhuǎn)編碼器系統(tǒng)的REEM-C膝部關(guān)節(jié)

為實(shí)現(xiàn)平衡控制，機(jī)器人的每只足底均裝有一套反饋力測(cè)量系統(tǒng)痛但，該系統(tǒng)可計(jì)算出零力矩點(diǎn) (ZMP) — 用于評(píng)估REEM-C人型機(jī)器人穩(wěn)定性的指標(biāo)厨杆。

測(cè)得的ZMP隨后被傳輸?shù)健澳：壿嫛盤D控制器，用以追蹤所需的ZMP乖靠，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平衡并防止傾翻翎郭。PD控制器的目標(biāo)是調(diào)整機(jī)器人的質(zhì)心(CoM) 位置，以便將ZMP保持在支撐區(qū)域內(nèi)（即足底與地面的接觸面內(nèi)）萤忘。要成功實(shí)現(xiàn)雙足動(dòng)態(tài)行走蔽掀，需要精確控制機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的角度（包括位置龄羽、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)），這一切都離不開旋轉(zhuǎn)編碼器的精確反饋循抱。

REEM-C在邁步時(shí)實(shí)現(xiàn)單腿平衡

結(jié)果

平衡控制對(duì)于確保雙足機(jī)器人穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)而言至關(guān)重要砂姥，借助編碼器輸出的數(shù)據(jù)，機(jī)器人的“大腦”可計(jì)算出當(dāng)前的身體姿態(tài)帘达，并不斷向每個(gè)關(guān)節(jié)發(fā)出新指令（包括位置店麻、速度和加速度等），用以保持運(yùn)動(dòng)平衡栏蝙。

肘部關(guān)節(jié)和腕部關(guān)節(jié)安裝有AksIM和Orbis磁旋轉(zhuǎn)編碼器的REEM-C

RLS磁編碼器為PAL Robotics提供了靈活的位置反饋解決方案坐求，能夠滿足在空間和性能方面的嚴(yán)苛要求。

精心選擇的RLS編碼器功能強(qiáng)大晌梨，可令設(shè)計(jì)師盡情發(fā)揮創(chuàng)意與才能桥嗤。

通過調(diào)節(jié)作用于每個(gè)關(guān)節(jié)上的瞬時(shí)扭矩來確保機(jī)器人的四肢始終處于正確位置，以此實(shí)現(xiàn)平衡控制和穩(wěn)定行走仔蝌。高精度編碼器可確保最大限度地減少控制信號(hào)誤差泛领，控制器因此能夠快速調(diào)節(jié)機(jī)器人的身體位置，從而使ZMP始終保持在機(jī)器人的足部支撐區(qū)域內(nèi)敛惊。

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