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村田制作所技术展示技术平台:啦啦队员机器人

2015-03-09 07:12:03   来源:新浪科技  作者:
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[提要]  机器人内置三个陀螺仪传感器,主动侦测机器人身体部分的运动倾向,通过控制三个与圆球接触的电动机来保持平衡,村田把这个过程称为“反向钟摆控制技术”。
 

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  日本电子元件厂商村田制作所在上海展示了他们的新一代机器人:啦啦队员。和村田制作所过往的机器人作品不同的是,“啦啦队员”是一个机器人编队。而相同的是,全新的“啦啦队员”也是为了展示村田的技术实力而诞生的。

  在今年年初公布的《星球大战7》的电影预告片开头,出现了一台与以往“星战”中风格迥异的机器人。它不依靠传统的腿或轮子运动,而是头部平衡在一个球体上,像马戏团滚球表演一样,不仅保持平衡不会倒,而且能够快速移动。村田制作所本次展示的“啦啦队员”,就与这台虚构的机器人有异曲同工之妙。

  村田制作所

  对于一般的消费者来说,村田制作所实在是一个不熟悉的名字。株式会社村田制作所,Murata Manufacturing Co., Ltd.是日本一家电子零件厂商。公司没有针对消费者的业务,但是旗下的电子零配件业务业界领先,去年年营收超过8000亿日元。

  从1991年开始,村田制作所就开始设计制造机器人。作为电子零配件厂商,从一开始村田的机器人就是为了展现公司的技术实力而诞生的。村田(中国)有限公司副总裁孙崑泉博士这样说:“村田的机器人就相当于村田推出的技术整体解决方案。”1991年,村田推出了第一代机器人村田顽童,2005年研发出了第二代村田顽童,2008年推出了第三代机器人村田婉童。这次的啦啦队员是第四代机器人。

  啦啦队员的秘密

  这次村田啦啦队员在上海的展示,是去年9月25日在日本正式发布以来第一次海外亮相。村田顽童外形上如同一个骑自行车的小男孩,通过陀螺仪控制胸前的摆锤保持自行车前进和停止时的平衡。后来的村田婉童从两个轮子减少到一个轮子,原理与村田顽童较为类似,但是轮子减少,需要平衡的方向就仅从左右增加到了前后左右四个方向。到了最新的村田啦啦队员,机器人身上的轮子消失了,变成了一个圆球。能够实现的功能也不仅仅是保持平衡和自我移动,在这些基础上实现了编队表演。

  从上面的啦啦队员表演视频所见,这次展示的啦啦队员由10个小机器人组成。它们身高36CM,体重1.5KG,手臂可以上下摆动,眼睛和手能够变幻颜色。机器人上部与下面的圆球没有刚性连接,“身体”部分相当于“放”在圆球状的“脚”上方。圆球就卡在身体下部的凹槽内,而凹槽内有三颗电动机与圆球直接接触。

  机器人内置三个陀螺仪传感器,主动侦测机器人身体部分的运动倾向,通过控制三个与圆球接触的电动机来保持平衡,村田把这个过程称为“反向钟摆控制技术”。这一技术是从村田顽童,村田婉童的自动控制技术中发展而来的。除了平衡与移动,10个小机器人还能够进行编队表演。

  每个啦啦队队员内置5个超声波传感器、4个红外线传感器以及通信模块。在表演的舞台周围,实现安放了一组发信机,这两台发信机能够持续发出超声波和红外线,机器人通过接受这两种信号来确认自己所在的位置。同时,每个小机器人会把自己所得到的准确位置通过通信系统发送给控制系统,控制系统再反过来控制机器人们作出相应的移动与动作。

  解决方案展示平台

  村田的机器人内置的传感器,诸如超声波传感器,加速度传感器,蓝牙通信模块,电感,电阻,滤波器等等,都是村田自己的产品。在与村田(中国)有限公司副总裁孙崑泉博士的交流中了解到,村田所做的工作其实与英特尔、高通、联发科类似,都是给客户提供产品和相关的整体解决方案。

  村田在机器人中展示的很多技术,在实际产品中都已经有大量应用。举例来说,陀螺仪、加速传感器等等结合在一起,就是汽车中的姿态控制模块。可以同时提供牵引力控制、防抱死刹车、坡道辅助启动等等功能。而王牌产品滤波器在今天几乎已经无处不在,举例来说,iPhone支持多个模式各种频段的手机网络,每个频段的所需要的滤波器都是由村田提供的。

  除了这些传统的业务,村田也在拓展现在炙手可热的智能家居,可穿戴设备。孙崑泉博士认为,现在正在早期发展阶段的智能家居产业,离制订整体的标准还比较远。

  Wifi、蓝牙与Zigbee

  有一句广为流传的说法,说一流厂商卖标准,二流厂商卖服务,三流厂商卖产品。村田在此次发布会上着重表示,村田现在与未来都在智能家居领域发力,在与孙崑泉博士的交流中,就进一步聊到了有关智能家居行业前景的问题。有一点现状是可以肯定的,就是现在的智能家居还基本上是各厂商各自为政,打开市场的时代。

  所有的智能家居都离不开网络,相对于有线网络,无线网络更便于布置设备形成网络。在无线网络协议中,村田有WiFi和蓝牙两种制式的相关产品。孙崑泉博士认为,目前已有的通讯协议中,从原理上来说,WiFi在覆盖方面有优势,但是缺点很明显,WiFi只提供单向连接,无线控制不成网络,同时功耗过高。ZigBee标准则先天就是“网络”型的设计,非常适合智能家居。蓝牙的问题在于发展时间很早,直到近几年的最新蓝牙4.0低功耗标准刚刚满足智能家居的需求。

  总的来说,1998年开始发展的Zigbee理论上最优,这种使用868/915MHz和2.4GHz通信的短距离个人局域网标准功耗仅为WiFi的十分之一,同时支持最大65000个节点设备加入网络。但是目前从国内行业上来看,Zigbee几乎无人使用,WiFi则最为常见。对于能够统一行业的智能家具标准来说,目前还言之过早。毕竟标准不是天上掉下来的,最强势的产品和最强势的公司势必会最大程度上影响标准的制定,随着行业的发展,一定会有一个结果。而对于现在已经百花齐放的诸多智能家居产品来说,有一个非常好的现状,就是它们依托的手机平台已经形成事实化的标准。无论是依托于iOS或是Android,这些使用不同芯片、不同标准的产品,已经通过巨大的用户数量已经在移动操作系统这个平台下互通有无。

  机器人与机器人

  回到开头的视频。星球大战已经诞生将近40年,人类关于机器人的期待可不止这40年。实用的机器人一般分成大概两种,一种是类人的机器人,比如著名的本田Asimo。一种是已经广泛应用的工业机器人。

  人形机器人则更吸引公众的目光。一方面,人形机器人总能给人带来无限遐想,机器与人类美好共存或是你死我活的可怕场景,在流行文化中都早就成了寻常话题。另一方面,人形机器人的初衷中就包括自我思考的人工智能,而人工智能也是人类对未来最为具象的想像之一。现在的状况来看,控制机器人身体的自动控制技术已经趋于成熟,但控制机器人大脑的人工智能则刚刚上路。

  工业机器人的历史开始于1954年。那一年,George Devol申请了工业机器人的专利,后来成立的Unimation公司于1959年生产了第一台工业机器人。工业机器人的核心是自动控制,目前已经非常成熟,大型的工业流水线上,工业机器人已经帮助人类把消费品的成本大大降低,把制造精度大大提高。

  如今,日本的川崎重工,欧洲的ABB等等公司分割了全球工业的机器人市场。按照国际机器人联合会的报告,在2011年年底全球至少有1153000个运行的工业机器人,预计这个数字到2015年年底将达到1575000个。但是如果提到工业机器人全面替代人类工人这个话题,我只能说,这其实是个经济问题,而不是技术问题。


编辑:小微

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