核電站需要在高處開關閥門等。本田公司為此試制出了可通過遠程操作來完成這種作業(yè)的“作業(yè)臂機器人”（圖）。核電站有很多狹窄復雜的場所，在高處作業(yè)時，機器人需要放在升降式底座上。因此要求“作業(yè)臂機器人”能在狹窄復雜的場所及搖晃不穩(wěn)的底座上準確開關閥門。

“其實機器人體內(nèi)裝有局域網(wǎng)”。本田技術研究所基礎技術研究中心第5研究室室長兼主任研究員重見聰史這樣說道。

通過體內(nèi)LAN進行分散控制

要在狹小復雜的空間內(nèi)使作業(yè)臂機器人的手部靠近閥門的手柄面，需要使其手臂彎曲并避開障礙物。為此，要同時控制多個關節(jié)的動作，需要采用分散控制系統(tǒng)來控制各個單元，否則，就無法進行及時控制。因此，作業(yè)臂機器人采用“以LAN將主處理器與控制各部分的電子控制單元（ECU）相連接的構造”（重見）。
 

圖：本田試制的“作業(yè)臂機器人”及其關鍵技術

圖中是可通過遠程操作開關閥門的機器人，準備應用于核電站等場所。該機器人具備可在升降式底座等不穩(wěn)定場所準確開關閥門的功能。作業(yè)臂頂端的手部內(nèi)配備有攝像頭，操作者可根據(jù)該攝像頭傳來的影像，指揮機器人的手部移動，使得閥門手柄的位置與圖像上顯示的目標白線一致。此時作業(yè)臂的姿勢可由機器人在考慮底座搖晃程度及配管等障礙物位置的基礎上計算出來。

多關節(jié)同步控制系統(tǒng)通過機器人的體內(nèi)LAN按順序收集各種傳感器的信息，然后由主處理器根據(jù)這些信息計算出機器人應該采取的姿勢。最后將該結果同時發(fā)送給所有ECU，從而實現(xiàn)多關節(jié)同步控制。該系統(tǒng)以500μs的短周期反復進行上述操作，提高了響應速度。

向受力的反方向移動

“機器人在手部操作閥門手柄時如果遇到底座晃動，必須能夠吸收沖擊”（本田技術研究所基礎技術研究中心第5研究室第2組主任研究員松本隆志）。其理由是如果受到強大沖擊，作業(yè)臂及閥門就有可能遭到破壞。因此，要求作業(yè)臂機器人必須采用可吸收沖擊力的技術。

具體來說，就是柔順控制技術。比如，“當人的手被擠壓時，就會無意識地向相反方向縮回。這是因為不縮回的話就要承受更多的力量。與此相同，柔順控制技術就是讓機器人向受力的相反方向移動”（松本）。

但向相反方向移動多少比較合適，這一點很難判斷。因此，作業(yè)臂機器人采用的處理是“首先試著向相反方向移動并判斷受力減小的程度，如果受力減小得不多，就需要進一步移動”（松本）。以500μs的周期反復進行這種處理，便能有效地吸收沖擊力。

使機器人手部與閥門手柄面垂直

作業(yè)臂機器人必須能夠準確轉動閥門手柄。因此，需要使機器人手部精確地按住閥門手柄面，而底座的晃動同樣會對此造成妨礙。

為了解決這一問題，作業(yè)臂機器人需要推算出手柄面的角度、底座的傾斜度及水平移動量，使手部與閥門手柄面垂直緊貼。如果保持這種狀態(tài)，機器人的手部就能牢牢抓住手柄面并準確轉動手柄。

因此本田的作業(yè)臂機器人配置了力度傳感器、陀螺儀和加速度傳感器。機器人的手腕與腰部各自都配置了一個力度傳感器和一套陀螺儀配加速度傳感器。利用力度傳感器可測出腕部的受力、腰部的受力以及自身重量產(chǎn)生的力矩；利用陀螺儀結合加速度傳感器可測出手腕與腰部的傾斜度。根據(jù)這些信息，可以推算出底座的傾斜度及水平移動量。

閥門手柄面的角度可根據(jù)機器人腕部所受力矩計算得出。機器人手部垂直接觸閥門手柄面時，手柄面對機器人手腕施加的力矩為零。而機器人手部傾斜接觸手柄面時，力矩不為零。也就是說，機器人腕部受有力矩時，機器人手部需要變化角度減小腕部被施加的力矩。

該過程會不斷重復，直到力矩變?yōu)榱?，周期?00μs。手柄面的角度可通過該過程中的力矩積分來計算，計算時間僅為約0.1秒。這樣機器人便可在高處準確實施開關閥門等作業(yè)。

本田計劃在2012年上半年讓候選企業(yè)用戶評估作業(yè)臂機器人*。今后的課題是提高根據(jù)攝像頭的影像來進行遠程操作的易用性。“要使操作者能夠感覺到機器人與障礙物的距離”（松本）。

* 作業(yè)臂機器人的用途因情況不同而異，除了開關閥門的作業(yè)之外，還有望用于在復雜的場所移動，使作業(yè)臂靈活彎曲并在看不見的陰暗處拍攝等用途。

另外，本文提及的的所有技術均為本田在開發(fā)仿人型機器人“ASIMO”的過程中培育的技術