揭秘全球最逼真的日本人形机器人，深度解析以假乱真的生物组织结构

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前言
提到日本的人形机器人，关注机器人大讲堂的朋友应该能很容易地列举出几个。其中，那个逼真得堪比健身教练，技能慢慢还会流汗的Kengoro和Kenshire机器人让许多人印象深刻。





今天我们再为大家介绍一个与它很像的机器人~来自日本东京大学的机器Kenshiro。





从名字和外型上看有没有觉得它们有点关系？其实他们是“亲戚”！


在日语里，Kengoro中的go是5的意思，Kengoro（腱悟郎）是JSK实验室的第五代肌肉骨骼人形机器人。由于这个计划是以仿人类肌肉骨骼为核心，因此将机器人赋予「腱」这个姓，名字依据是以日文男子名常用的排行来命名，第一代叫小太郎，第二代叫小次郎，第三代叫腱藏（腱三），第四代叫腱志郎（与四郎同音），第五代叫腱悟郎（与五郎同音）。


说了这么多，今天介绍的这个Kenshiro机器人实际上是流汗机器人Kenshiro的前身，也就是它的“哥哥”腱志郎！ 





这两“兄弟”都是东京大学的研究人员开发的模拟人类运动系统的先进人形机器人，没有轮子也没有气缸一类的驱动器，而是完完全全模仿人类，由人造骨骼和肌肉构成，并且都有肋骨笼，骨盆和旋转关节。而“哥哥”腱志郎的运动细胞相当发达！

来看看它手臂和腿部的运动

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 “哥哥”腱志郎是一个拥有160块肌肉的人形骷髅机器人。每条腿上的肌肉有25块，每个肩膀有6块，躯干有76块而颈部有22块。其实这其中大多数肌肉反而会妨碍机器人运动，这也是绝大部分人形机器人不完全按照人体结构设计的原因。


虽然腱志郎的部分运动较为蹒跚，但其关节的设计已经非常自由，几乎与人类可以活动的关节数相当。

小碎步前移

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大长腿劈叉

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双膝自然向前弯曲

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它的肌肉由下图这样类似滑轮组的结构构成，虽然外形比较扁宽，但是仅仅需要一个电机就可以驱动。这些电机为整个机器人提供了64个自由度，包括脖子的13个，手臂的13个，腿部的7个，腰背部的11个。而脖子上的自由度很多就足以支持机器人模仿人类完成很多复杂的动作。





腱志郎的骨骼采用铝合金打造，比起塑料要结实不少。骨头由下图的结构构成，这使它的关节很有强度，并且在膝关节处还安有十字型的韧带和半月板，增加了整个结构的灵活性。膝关节因为有了膝盖骨和人造韧带的保护甚至比人体自身的相同结构还要结实。





在一次机器人年会上，Kenshiro以12岁普通日本男孩的形象与世人见面，高158cm，重50kg。项目组组长 Yuto Nakanishi表示，为机械减重是一个很大的问题。不过他们还是成功做到了。通过采用类似人体肌肉的关机力矩，在保持重量的同时，也将动力提高了五倍。





JSK实验室的研究团队十多年来一直致力于研究肌肉组织的运动情况及其同骨骼的兼容性，开发着世界上最接近人体构造的人形机器人。从2001年第一代Kenta 机器人的诞生，到出现Kenshiro机器人以及会流汗的Kengoro和Kenshire机器人，团队不断还原着生物组织结构，使机器人更加逼真。


东京工业大学（Tokyo Institute of Technology）铃森·远藤机器人实验室（Suzumori Endo Robotics Laboratory）的研究人员也曾打造过一种骨骼肌肉机器人，人造的人类骨骼上覆有一捆捆的多纤维人造肌肉。





其中肌肉部分应用了多纤维簇的组合方式，能够模仿人类肌肉的伸缩，从而拉动骨骼产生运动。该机器人的腿骨肌肉拥有和人类一模一样的结构，并且下巴还会像人一样地上下活动。





就像真正的人类肌肉一样，当电流通过时，这些成捆的纤维也会拉伸或收缩。通过在不同时间控制不同的肌肉组，机器人的胳膊、双腿和头部便可以做出类似人类的动作。比如踢足球。





不管是“腱志郎家族”机器人还是上面的多纤维人造肌肉机器人，它们作为人形机器人都是机器人工程学中非常引人入胜的部分，通过对这类机器人的研究，我们可以学到许多人类自己运动的奥秘，还有助于康复研究以及开发仿生义肢与动力外骨骼实用化器材等等。


最后让我们一起来看看腱志郎机器人（Kenshiro）的各部分结构吧：

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