PAL Robotics借助磁編碼器（qì）技術（shù）實現機器人運動平衡
2019-6-6 來源：雷尼紹 作者（zhě）：
此案例介（jiè）紹了PAL Robotics研發的REEM-C全尺寸雙足人型機器人 — 一款可在眾多應用領域一展身手的（de）通用型機器（qì）人。REEM-C可（kě）為包括（kuò）航海、機器視覺、人-機器人交互、人（rén）工智能（néng）、抓握、行走和語音識別（bié）等（děng）的一係列應用提供全定製化基礎的研發平台。
PAL Robotics的全尺寸雙（shuāng）足人型機器（qì）人REEM-C
背景
想（xiǎng）象一下：機器人夥伴輔助每個人完成工作，在（zài）機場幫助旅客搬運（yùn）行李，甚至為老年（nián）人提供全方位（wèi）的生活（huó）照料。這便是位於西班牙巴塞羅那的PAL Robotics SL公司希望創（chuàng）造的未來生活。這家（jiā）創新型（xíng）公司坐落在巴（bā）塞羅那老城區的核心位置，距（jù）離世界聞名的蘭布拉（lā）大道步行街（jiē）僅數步（bù）之遙。
PAL Robotics是機器人行業的領（lǐng）先（xiān）者，在他們繁（fán）忙熙攘（rǎng）的辦公區內，機器人的設計、編程和組裝工作正在有條（tiáo）不紊地進行，工程師三三兩兩聚在一起（qǐ），討論著如何不斷改進機器人的功能（néng）。
挑戰
PAL Robotics首席（xí）技術官（guān）Luca Marchionni指出，最大的挑戰（zhàn）之一是保持機器人（rén）行走時的平衡，而這一（yī）點對於人類而言（yán）似乎是理所當然的事情。
PAL Robotics公司首（shǒu）席技術官Luca Marchionno
機器人的行走涉及雙足與周圍環（huán）境的接觸，以及（jí）多種自由度下（xià）身體各個部分的並發配合（hé）運動（dòng）。雙足機器人的控製係統（tǒng）必須處（chù）理兩個階段之間的轉換，即雙足支撐（雙足同時著地），及單足支撐（單足著地）。
由於機（jī）器人運動力（lì）學的非線性特點，因此很難通過單純的程序法則（zé）來實現（xiàn）行走控製，而且通常也無法通過（guò）實（shí）時狀態分析方法實（shí）現控製，因為其中的（de）試錯過程過於複雜。相反，業內普遍采用一種稱為“軌跡優化”的數值方法，即預先規定（dìng）機器（qì）人的“理想行走路徑”，然後使用此（cǐ）數值（zhí）方法（fǎ）計算（suàn）最為接近此（cǐ）路徑的最佳近似值；其中所謂“最佳”的標準則通（tōng）過一個特定的（de）代價函數來確定，此函數可兼顧機器人的（de）理（lǐ）想行走路徑和物理限製這兩個條（tiáo）件。
人型機器人的關節設計（jì）有著嚴格的（de）空間和重量限製，目的是盡可能減小機（jī）器人的體（tǐ）積和（hé）慣性。PAL Robotics製造的大部分機（jī）器人都與真人大小類似（sì），並擁有（yǒu）多（duō）達40種的運動自由度。
解決方案
PAL Robotics製（zhì）造的REEM-C和其他人型機器人均具有完（wán）全鉸接式關節，能夠根據任務要求完成一係列複雜的運動。要對各關節的扭矩、速度和（hé）位置進（jìn）行伺服控製，需要（yào）用到高質量的編碼器反饋數據。
安裝有AksIM™絕對式磁旋轉編碼器係統的REEM-C膝部（bù）關節
在對PAL Robotics的各種（zhǒng）業務需求和產品做了深（shēn）入了解之後，雷尼紹提供了編碼器選型建（jiàn）議。PAL Robotics最（zuì）終選用了由雷尼紹（shào）的關聯公司RLS生產的非接觸式磁編碼器，包括集成到膝（xī）部、腕部和肘部的AksIM™和Orbis™旋轉編碼（mǎ）器，以及元件級增量式（shì）RoLin™編碼器。
為實現平衡控製，機器人的每隻足底均裝有一套反饋力測量係統，該係（xì）統（tǒng）可計算出零力矩點 (ZMP) — 用於評估REEM-C人型機器（qì）人穩定性的指標。測得的ZMP隨後被（bèi）傳輸到（dào）“模糊邏輯”PD控（kòng）製器，用以追蹤所需的ZMP，從而實現運動平衡並防止傾翻。PD控製器的目標是調（diào）整機器人的質心 (CoM) 位置，以（yǐ）便將ZMP保持在支撐區域內（即足底與地麵的接觸麵內）。要（yào）成功實現雙足動態行走，需要精（jīng）確控製機器人腿部關節的角度（dù）（包括位置、速度（dù）和加速度等運動參數），這一切都離不開旋轉編碼器的精確（què）反饋（kuì）。
REEM-C在邁步（bù）時（shí）實現單腿平衡
結果
平衡控製對於確保雙足機器人穩（wěn）定運動而言至關重要，借助編（biān）碼器（qì）輸出（chū）的數據，機器人的“大腦”可計算出（chū）當前的身體姿態，並不斷向每個關節發出（chū）新指令（包括位置、速度和加速（sù）度等），用以保持運動平衡。
RLS磁編碼器為PAL Robotics提（tí）供了靈活的位置反饋解決方案，能（néng）夠滿足在空間和性能方麵的嚴苛要求。精心選擇的RLS編碼器功能強大，可令設（shè）計師（shī）盡情（qíng）發揮創（chuàng）意與才能。通過調節作用於每個關節上的瞬時扭矩來確保（bǎo）機器人的四肢始終處（chù）於正確位置，以此實現平衡控製和穩定行走。高精度編碼（mǎ）器可確保最大限度地減（jiǎn）少控製信號（hào）誤差，控製器因此能夠快速調節機器人的身（shēn）體位置，從而使ZMP始終保持在機器人的（de）足部支撐區域內。
肘部關節和（hé）腕部（bù）關節安裝有AksIM和Orbis磁旋轉編碼器的REEM-C
關（guān）於PAL Robotics
PAL Robotics設（shè）計和製造可應用於多（duō）種場合的高級人型機器人（rén）和服務機器人。該公司於2004年由6名（míng）富有夢想的工程師創建。PAL Robotics製造的第一款機器人名為REEM-A，其誕生契機源自（zì）一個使用機器人手臂（bì）下國際象棋的項目。從那（nà）以後（hòu），PAL Robotics便開（kāi）始定期發布新機器人產品，目前已推出6款不同型號的機器人，包括家用和工業用輔助型機器人TIAGO。另外一款機器人（rén）TALOS則用於在生產線上完成（chéng）指定工作，例如擰緊人工難以觸及（jí）的螺釘，以及協助搬運重型工件等。
有關PAL Robotics的更多信息，請訪問（wèn）www.pal-robotics.com
關（guān）於RLS
RLS d.o.o是雷尼紹的（de）關（guān）聯公司。RLS生產一係列（liè）堅固耐（nài）用的旋（xuán）轉和直線運動磁傳（chuán）感器，產品廣泛應用於工業自動化、金屬切削、紡織、包裝、電子芯（xīn）片/電路板、機器人等行業（yè）及領域。
有關RLS的更多信息，請訪問www.rls.si
詳情請訪問www.renishaw.com.cn/encoders
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如（rú）果（guǒ）您有機（jī）床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部（bù）， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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